- 美国能源部选择 OpenStar 和哥伦比亚大学设计悬浮双极子核聚变反应堆的排气系统。
- 悬浮双极子消除了热量泄漏的主要途径，保持等离子体的稳定性。
- 研究人员将使用先进软件工具来模拟双极子磁场的热量和粒子行为。
- 该项目标志着双极子先驱的重聚，将推动核聚变能源的发展。
美国能源部（DOE）已选择 OpenStar Technologies 和哥伦比亚大学设计全球首个悬浮双极子核聚变反应堆的排气系统。商业核聚变依赖于将超热气体（即等离子体）困在磁场内。然而，每个反应堆都必须安全地清除热量和流浪粒子，以免熔化设备的内部墙壁。典型的核聚变装置通过“导流器”来解决这一问题，该设备将逃逸的等离子体引导至冷却的目标板上。至今尚未为悬浮双极子建造任何导流器。
与传统的甜甜圈形反应堆不同，悬浮双极子在真空腔体内悬浮一个单一的超导磁体，这模拟了地球和木星等行星的自然磁场。去除物理支撑结构消除了热量泄漏的主要途径，从而保持等离子体的稳定性。
悬浮双极子的优势
哥伦比亚工程学院助理教授朱本（Prof. Ben Zhu）表示：“磁双极子是一个优雅且相当简单的核聚变概念，但仍然未被充分探索。可行的排气解决方案是任何核聚变能源系统面临的最迫切挑战之一，因此我们在这里所学到的知识将直接促进商业核聚变能源的更广泛追求。”
在接下来的 12 个月内，研究人员将绘制双极子磁场边缘的热量和粒子行为图。这种几何形状创造了一个真正的磁场零点，称为 X 点。这迫使工程师超越标准反应堆模型。为此，哥伦比亚大学将结合两种先进的软件工具：TokaMaker 和一个名为 Hermes-3 的开源边缘建模代码。该团队将根据 OpenStar 现有的新西兰原型机 Junior 的实际数据来测试其模拟结果。
今年二月，OpenStar 使用这台价值 1,000 万美元的机器在五米的真空腔体内悬浮了一个 0.5 吨的磁体，成功地将等离子体限制在超过一百万摄氏度的高温下。
哥伦比亚大学研究科学家克里斯托弗·汉森（Dr. Christopher Hansen）表示：“与 OpenStar 合作，我们将研究如何将我们的基本物理知识扩展至建模工具。”
双极子先驱的重聚
该项目标志着双极子先驱的重聚。哥伦比亚大学曾与麻省理工学院共同进行原始悬浮双极子实验，而 OpenStar 的首席科学官达伦·加尼耶（Dr. Darren Garnier）曾担任首席实验师。他将与 OpenStar 首席科学家杰罗姆·古特尔（Dr. Jerome Guterl）共同领导这项新工作。他们的最终导流器设计将在 OpenStar 的下一台机器 Tahi 上首次亮相。
Tahi 将建造以达到核聚变相关条件，并最初生产用于医疗放射性同位素的中子，作为迈向电网规模核聚变电厂的垫脚石。
古特尔总结道：“我们很高兴能将哥伦比亚大学在边缘等离子体建模方面的卓越专业知识与数十年来的托卡马克导流器研究所学到的经验相结合，为 Tahi 和未来的双极子开发能量和粒子排气解决方案。”这一伙伴关系得到了 DOE 核聚变能源创新网络（INFUSE）的支持。今年，该计划将在私营公司、国家实验室和大学之间分配 850 万美元的资金，涉及 28 个联合项目。OpenStar 通过其美国子公司 OpenStar USA 获得了这笔资助。
该公司还在本轮中赢得了第二个 INFUSE 奖项，以与加州大学圣地亚哥分校开发等离子体诊断技术。
悬浮双极子技术的潜力与挑战
悬浮双极子核聚变反应堆的设计代表了一种新颖的技术路径，旨在提高核聚变的稳定性和效率。通过消除传统反应堆中的物理支撑结构，这种设计能够有效地减少热量泄漏，从而保持等离子体的稳定性。这项研究不仅有助于理解等离子体行为，还能推动商业核聚变的进一步发展。随着 OpenStar 和哥伦比亚大学的合作，未来的研究将可能为核聚变技术的实用化提供重要的科学基础和技术支持。