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單線圈的先進仿星器設(shè)計研究獲進展。
IT之家了解到，反應(yīng)堆最常見的設(shè)計稱為托卡馬克裝置 (Tokamak)，這是一個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，能形成高溫等離子體。我國的“人造太陽”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）實現(xiàn) 1056 秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行。
▼“人造太陽”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（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險，比如當電流故障時，磁場就會立即崩潰。
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)運行的優(yōu)勢，避免了托卡馬克的主要缺點：等離子體大破裂。然而，長期以來，仿星器并沒有作為聚變堆技術(shù)路線的首選，主要原因有兩個：
一是傳統(tǒng)仿星器磁場的波紋度比托卡馬克大，導(dǎo)致其新經(jīng)典輸運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。
針對這兩個難點，科研人員已在前期工作中開展研究并取得進展。長期以來，仿星器研究領(lǐng)域試圖通過優(yōu)化磁場位形來降低仿星器的新經(jīng)典輸運水平和高能粒子損失水平。研究發(fā)現(xiàn)，可通過仿星器磁場位形優(yōu)化實現(xiàn)精確準對稱，證明了仿星器可以實現(xiàn)和托卡馬克相當?shù)男陆?jīng)典輸運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際仿星器研究領(lǐng)域的熱點，而如何用工程簡單的永磁體塊產(chǎn)生所需的三維磁場是研究難點。近期，徐國盛課題組首次提出一種標準化永磁體設(shè)計策略。該策略采用了“分治策略”的思路，將永磁體塊的設(shè)計過程分解為逐個設(shè)計每一塊永磁體，然后進行多次迭代以獲得最優(yōu)設(shè)計，迭代過程包括局部優(yōu)化和全局優(yōu)化兩個部分。
▼ 集成永磁體和簡單線圈的先進仿星器設(shè)計
該思路易于高度限定每一塊永磁體的具體形式，直接以工程實現(xiàn)為出發(fā)點進行永磁體設(shè)計?；谠撛O(shè)計策略，徐國盛課題組實現(xiàn)了仿星器永磁體的標準化，即所有永磁體塊大小、形狀，剩磁強度完全相同且磁化方向為有限個指定方向之一。該設(shè)計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，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)計階段邁向工程實現(xiàn)，推動仿星器的發(fā)展。
相比于當前仿星器采用的極為復(fù)雜的三維扭曲線圈，可批量制造的標準化磁體塊以及簡單線圈的低生產(chǎn)成本和低工程難度對仿星器的設(shè)計、建造、維護具有重要意義，將永磁體和準對稱位形結(jié)合起來的先進仿星器有望成為具有競爭力的低成本穩(wěn)態(tài)磁約束聚變實驗裝置。
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