核聚变100问(35):什么是Dynomak?与Tokamark的区别?

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在能源科技的前沿,Dynomak以其革命性的聚变能源技术,正逐渐揭开清洁能源的新篇章。本文将带您深入了解Dynomak的奥秘。

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Dynomak聚变反应器的概念主要是由华盛顿大学(University of Washington)的研究团队所开发和推动的。Dynomak是一种先进的聚变反应器概念,它基于球马克(spheromak)设计,并采强加动态电流驱动(IDCD)机制。在Dynomak中,等离子体被加热至数百万摄氏度,形成高温等离子体。通过外部的感应螺旋注入器,Dynomak能够在等离子体中产生螺旋磁场,这种磁场有助于维持等离子体的稳定并促进聚变反应的发生。

Dynomak的设计不仅在技术上具有创新性,更在经济上展现出巨大潜力。研究表明,Dynomak的建造和运营成本有望低于传统的燃煤电厂,同时不产生温室气体排放,为实现经济与环境的双重可持续发展提供了可能。

华盛顿大学的研究团队正在积极推进Dynomak的研究。他们开发的HIT-SI3实验装置,将验证IDCD机制在控制等离子体电流轮廓方面的有效性。未来,更大规模的HIT-SIX实验将为Dynomak的商业化和规模化应用提供坚实的科学基础。

三个“磁性螺旋度喷射器”是华盛顿大学HIT-SI3聚变实验的关键

Dynomak与常规托卡马克(Tokamak)在聚变能源研究中都是重要的概念,但它们在设计和工作原理上有一些关键的区别。以下是Dynomak与常规托卡马克之间的主要差异:

磁场产生方式:

  • Tokamak: 使用外部的超导磁体产生强大的磁场,这些磁场用于约束和稳定等离子体。Tokamak的磁场主要由环型场(toroidal field)和极向场(poloidal field)组成。
  • Dynomak: 利用等离子体内部的电流来产生磁场,这种设计减少了对大型外部磁体的依赖。

驱动机制:

  • Tokamak: 通常依赖于射频加热和中性束注入来加热等离子体,并使用变压器或波注来驱动等离子体电流。
  • Dynomak: 使用强加动态电流驱动(IDCD)机制,通过在等离子体中注入电流来维持和控制等离子体的磁场。

反应器稳定性:

  • Tokamak: 需要复杂的磁场配置和精确的控制来维持等离子体的稳定性。
  • Dynomak: IDCD机制允许在稳定的球马克配置中驱动电流,从而简化了对等离子体稳定性的管理。

经济性:

  • Tokamak: 由于需要大型超导磁体和复杂的冷却系统,建造和维护成本较高。
  • Dynomak: 预计成本更低,因为它减少了对昂贵的超导磁体的依赖,并且可能具有更简单的维护需求。

设计和规模:

  • Tokamak: 通常设计为中空的环形真空室,尺寸较大,以适应强大的磁场和等离子体。
  • Dynomak: 可能更紧凑,因为它不需要大型的外部磁体,这使得它在理论上可以设计得更小。

研究阶段:

  • Tokamak: 是目前聚变研究中最成熟的设计之一,有多个大型实验装置在运行,如国际热核聚变实验反应堆(ITER)。
  • Dynomak: 仍处于研究和开发阶段,需要进一步的实验来验证其可行性和效率。

聚变等离子体的配置:

  • Tokamak: 等离子体通常被配置为环形,以最大化磁场的约束效果。
  • Dynomak: 等离子体配置可能更接近球形或椭球形,这有助于提高磁场的效率和等离子体的稳定性。

随着全球对可持续和清洁能源的需求不断增长,Dynomak提供了一种前景广阔的解决方案。尽管还处在探索阶段,但如果Dynomak成功将标志着人类在能源领域的巨大飞跃,有望彻底改变我们的能源结构,并对抗气候变化提供实质性帮助。

 

参考链接:
http://large.stanford.edu/courses/2015/ph241/rolston1/

https://spectrum.ieee.org/inside-the-dynomak-a-fusion-technology-cheaper-than-coal

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0920379614002518https://en.wikipedia.org/wiki/Dynomak