Zap Energy продвинула свою испытательную платформу для термоядерного синтеза Century
Платформа Century функционирует более ста плазменных выстрелов с частотой 0,2 Гц, то есть один выстрел каждые пять секунд. Выделяемое тепло улавливается поверхностями, покрытыми циркулирующим жидким металлом.
Каждая плазма содержит до 500 кА тока — примерно в 20 раз сильнее удара молнии — и разряжается в сосуд, облицованный жидким висмутом. Во время рекордного запуска общая входная мощность Century составила 57 киловатт, из которых 39 киловатт были поданы непосредственно на кабели, ведущие к плазменной камере.
По сравнению с этапом ввода в эксплуатацию Century в 2024 году это достижение представляет собой увеличение в 20 раз по устойчивой средней мощности и является важным шагом на пути к разработке коммерческих термоядерных электростанций с использованием повторяющихся импульсных мощностей и передачи энергии с помощью жидкого металла.
Компания Fusion Science and Technology опубликовала статью о конструкции Century и её пусконаладочных работах в период с июня по октябрь 2024 года.
Century воспроизводит коммерческие инженерные условия уникального подхода Zap к термоядерному синтезу, который не полагается на сверхпроводящие магниты или лазеры высокой интенсивности. Вместо этого модули термоядерного синтеза Zap с управляемым сдвиговым потоком (SFS) Z-пинча пропускают импульс электричества через поток плазмы, создавая магнитное поле, которое сжимает плазму, а также стабилизирующие силы, поддерживающие её.
«Продолжительная работа полностью интегрированной системы с повторяющимися импульсами на уровне 30 киловатт даёт нам более чёткое представление о том, как будет выглядеть термоядерная электростанция с управляемым сдвиговым потоком Z-пинча», — сказал Мэттью Томпсон, вице-президент по системному инжинирингу Zap Energy. «Реальные испытания Century наших инженерных подсистем означают, что мы уже начали выявлять и решать многие из наиболее сложных задач коммерческих технологий».
Одной из целей Century является характеристика передачи энергии между тремя ключевыми подсистемами электростанции: повторяющейся импульсной мощностью (частые всплески энергии); стенками из жидкого металла (для поглощения и передачи термоядерной энергии из плазменной камеры); и долговечными электродами (компоненты, способные выдерживать экстремальные условия).
С момента первых операций в прошлом году каждая из подсистем Century была модернизирована с целью достижения показателя в 30 кВт. Модернизации включают:
«Century развивает технологии, которые в конечном итоге преобразуют энергию наших термоядерных реакций в электричество или промышленный тепло. Системная инженерия исторически упускалась из виду при разработке термоядерных технологий», — сказал Бендж Конвей, генеральный директор и соучредитель Zap Energy. «Термоядерный синтез — это не только проблема плазмы. Это проблема системной интеграции».
Каждый выстрел Century начинается в его силовых банках: набор крупногабаритных конденсаторов забирает энергию из сети, кратковременно сохраняет её, а затем выпускает короткий импульс тока в верхнюю часть вакуумной камеры Century через кабели большого сечения.
Внутри вертикально ориентированной плазменной камеры, созданной по образцу устройства Zap FuZE, импульс ионизирует струю газообразного водорода в чрезвычайно горячую и плотную нить плазмы. Поскольку целью проектирования является проверка инженерных решений, Century работает с обычным водородом или гелием, а не с термоядерным дейтерий-тритиевым топливом. В результате его плазма не подвергается термоядерным реакциям и не излучает нейтроны.
Наконец, тепловая энергия плазмы достигает стенки из жидкого металла, которая покрывает внутреннюю поверхность плазменной камеры. Циркулирующий металл поглощает тепловую энергию плазмы, передаёт её в воздушный теплообменник с охлаждением и затем возвращается в вакуумную камеру.
С момента ввода в эксплуатацию в июне 2024 года Century увеличила свою мощность с одного плазменного выстрела каждые 10 секунд при средней мощности около 1,4 киловатта до одного выстрела каждые пять секунд при средней мощности около 30 киловатт. В феврале 2025 года Министерство энергетики США сертифицировало завершение трёхчасовой кампании Century, в ходе которой было произведено более тысячи последовательных плазменных выстрелов, каждый с током не менее 100 килоампер.
За прошедший год платформа произвела более десяти тысяч выстрелов в различных конфигурациях, предоставив ценные уроки о том, как управлять плазмой с высокой частотой повторения Z-пинча.
В ближайшие месяцы Zap продолжит исследовать критически важные технические вопросы, постепенно увеличивая частоту повторения и уровни мощности Century.
Предоставлено Zap Energy