4月3日，全球惯性聚变领域的领军企业First Light Fusion（以下简称“First Light”）宣布取得了一项重要进展，他们成功地将弹丸到聚变目标的“对峙”距离扩大了十倍以上。
这一成就对于设计弹丸聚变发电厂所面临的关键工程难题具有重要的帮助。这也是First Light持续努力的一部分，他们正致力于设计一个能够从聚变过程中产生商业能源的试点发电厂。
“对峙挑战”
First Light正在利用其独特的放大器设计，探索一种新型的惯性约束聚变。这种放大器方法改变了传统“驱动器”的需求，引入了包括高速弹丸在内的新方法。这种方法通过使用高速运动的弹丸来压缩含有聚变燃料的目标，从而创造出实现聚变所需的极端温度和压力。所谓“对峙”距离，就是指弹丸发射点与聚变发生点之间的距离。
面临的挑战在于，要在每秒数公里的速度下精确发射弹丸，并确保其在撞击聚变燃料时仍保持固态。这是First Light方法中的一个重大挑战，其试点发电厂设计要求弹丸以极高的速度和精确度发射。
First Light的Machine 3是一种脉冲动力机器，通过电磁方式发射弹丸，多年来一直用于这项研究。此前，该机器实现的最高对峙距离为10毫米，足以测试其放大器技术的设计。然而，在实际的发电厂中，所需的对峙距离需要达到数米。
对峙距离增加十倍
作为其实验计划的一部分，First Light本月成功地将对峙距离从10毫米增加到了10厘米，这是一个十倍的增长。该实验采用了名为“电动枪”的设计。目的是探索电动枪设计是否能够在高能脉冲动力机器上以高速发射而不熔化，这是实现远距离对峙的关键要求。
通过精确调整电动枪箔和弹丸的厚度以适应Machine 3电流脉冲，弹丸得以在10厘米的飞行距离中保持固态。所需的厚度是通过模拟材料强度来确定的，这确保了弹丸设计能够在飞行过程中保持其强度。除了实现主要目标之外，这次发射也是迄今为止测试过的能量最高的电动枪。
First Light Fusion的试点发电厂
2022年12月，美国国家点火装置实现了一次重要的点火示范。因此，包括First Light在内的多家惯性聚变公司现在正投入更多资源来解决实现商业聚变能源所需克服的关键工程难题。
惯性聚变发电厂运行的是一个连续的脉冲过程。采用First Light的放大器方法，其发电厂将像内燃机一样工作，其中放大器目标包含燃料，而其聚变驱动器——高速发射的弹丸——则相当于火花塞。目标将被投入反应室，随后弹丸将被发射向目标以引发聚变。
First Light的目标是设计一个风险最低、最简单、最具扩展性的发电厂。通过增加每次发射的能量并降低频率，First Light旨在实现更小的整体发电厂尺寸和更低的风险。
现有的大量工程技术可以用于实现这一发电厂设计。First Light正在努力解决设计发电厂中剩余的工程挑战，其中之一就是对峙距离。公司先进的模拟能力使其能够快速试验数千种选项。
First Light目前拥有一支由五名科学家和工程师组成的团队，全职从事试点发电厂的设计和开发，由Jorge Fradera领导。本月成功增加对峙距离的尝试是由在First Light工作了三年多的牛津大学博士生Mila Fitzgerald领导的。
First Light Fusion的科学家Mila Fitzgerald表示：“这是First Light的一个里程碑时刻，也是整个团队付出巨大努力、时间和毅力的结果。随着我们扩大我们的方法并寻求基于First Light的弹丸方法设计一个试点发电厂，能够从更远的距离以高速发射弹丸是关键挑战之一。这是我们当前试点工厂设计的基础。这次实验向我们展示了实现这一目标的方法，并且是朝着正确方向迈出的令人兴奋的一步。”
First Light Fusion的创始人兼首席执行官Nick Hawker博士评论道：“随着我们进入聚变能源商业化时代，解决发电厂的关键工程挑战是First Light团队的核心关注点。我们知道惯性聚变的物理原理是可行的。我们最近在Sandia的成功证明了我们的放大器是有效的。为了实现商业化、经济高效且可扩展的聚变能源，作为我们未来能源结构的一部分，我们需要以符合物理学的方式解决发电厂的基本问题。
通过我们独特的方法，首个此类聚变发电厂的设计尽可能简单且风险低，从而简化了商业聚变能源的途径。我们接受了对峙挑战，因为它可以在其他地方带来巨大的好处。这是一个非常重要的降低风险的时刻。现在我们有了坚固的弹丸，我们将继续研究和控制发射的准确性。”
原文链接：https://firstlightfusion.com/media/first-light-fusion-solves-major-engineering-challenge-in-the-design-of-an-inertial-confinement-fusion-pilot-power-plant