IT之家 1 月 27 日消息，據(jù)中科院之聲消息，近日，中科院合肥研究院集成永磁體和簡(jiǎn)單線圈的先進(jìn)仿星器設(shè)計(jì)研究獲進(jìn)展。
IT之家了解到，反應(yīng)堆最常見(jiàn)的設(shè)計(jì)稱為托卡馬克裝置 (Tokamak)，這是一個(gè)類似圓形線圈的中空金屬結(jié)構(gòu)。燃料在加熱到 1.5 億攝氏度以上時(shí)，能形成高溫等離子體。我國(guó)的“人造太陽(yáng)”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）實(shí)現(xiàn) 1056 秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行。
▼“人造太陽(yáng)”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）
盡管托卡馬克裝置能理想地約束這種等離子體，但也暴露出一些安全風(fēng)險(xiǎn)，比如當(dāng)電流故障時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)立即崩潰。
仿星器是聚變?nèi)朔e參數(shù)僅次于托卡馬克的磁約束核聚變途徑，與托卡馬克相比，具有穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，避免了托卡馬克的主要缺點(diǎn)：等離子體大破裂。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，仿星器并沒(méi)有作為聚變堆技術(shù)路線的首選，主要原因有兩個(gè)：
一是傳統(tǒng)仿星器磁場(chǎng)的波紋度比托卡馬克大，導(dǎo)致其新經(jīng)典輸運(yùn)水平和高能粒子損失水平高于托卡馬克。
二是仿星器需要三維結(jié)構(gòu)的線圈，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造難度大、成本高。
針對(duì)這兩個(gè)難點(diǎn)，科研人員已在前期工作中開(kāi)展研究并取得進(jìn)展。長(zhǎng)期以來(lái)，仿星器研究領(lǐng)域試圖通過(guò)優(yōu)化磁場(chǎng)位形來(lái)降低仿星器的新經(jīng)典輸運(yùn)水平和高能粒子損失水平。研究發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)仿星器磁場(chǎng)位形優(yōu)化實(shí)現(xiàn)精確準(zhǔn)對(duì)稱，證明了仿星器可以實(shí)現(xiàn)和托卡馬克相當(dāng)?shù)男陆?jīng)典輸運(yùn)水平和高能粒子損失水平（Physical Review Letters）。
結(jié)合永磁體的仿星器是國(guó)際仿星器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，而如何用工程簡(jiǎn)單的永磁體塊產(chǎn)生所需的三維磁場(chǎng)是研究難點(diǎn)。近期，徐國(guó)盛課題組首次提出一種標(biāo)準(zhǔn)化永磁體設(shè)計(jì)策略。該策略采用了“分治策略”的思路，將永磁體塊的設(shè)計(jì)過(guò)程分解為逐個(gè)設(shè)計(jì)每一塊永磁體，然后進(jìn)行多次迭代以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)，迭代過(guò)程包括局部?jī)?yōu)化和全局優(yōu)化兩個(gè)部分。
▼ 集成永磁體和簡(jiǎn)單線圈的先進(jìn)仿星器設(shè)計(jì)
該思路易于高度限定每一塊永磁體的具體形式，直接以工程實(shí)現(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行永磁體設(shè)計(jì)?；谠撛O(shè)計(jì)策略，徐國(guó)盛課題組實(shí)現(xiàn)了仿星器永磁體的標(biāo)準(zhǔn)化，即所有永磁體塊大小、形狀，剩磁強(qiáng)度完全相同且磁化方向?yàn)橛邢迋€(gè)指定方向之一。該設(shè)計(jì)使得永磁體塊可批量生產(chǎn)，降低了加工制造成本。此外，統(tǒng)一的大小、形狀使得永磁體塊可以拼裝起來(lái)，有利于裝配精度控制。該研究有助于永磁體仿星器從概念設(shè)計(jì)階段邁向工程實(shí)現(xiàn)，推動(dòng)仿星器的發(fā)展。
相比于當(dāng)前仿星器采用的極為復(fù)雜的三維扭曲線圈，可批量制造的標(biāo)準(zhǔn)化磁體塊以及簡(jiǎn)單線圈的低生產(chǎn)成本和低工程難度對(duì)仿星器的設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)具有重要意義，將永磁體和準(zhǔn)對(duì)稱位形結(jié)合起來(lái)的先進(jìn)仿星器有望成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的低成本穩(wěn)態(tài)磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置。
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