在科学资助方面,预算提供了超过 10 亿美元的资金,以支持在十年内实现核聚变的目标;通过量子信息科学和人工智能提供新的计算见解,以应对科学和环境挑战;扩大微电子生态系统的创新;利用数据、分析和计算基础设施来加强和支持美国的生物防御和流行病防范战略和计划;进一步加深国家对气候变化的了解;并使美国能够满足对同位素的需求。在 EERE 中,提供了 3500 万美元,用于启动第 18 个国家实验室未来建设的广泛规划。能源部将利用拟议的资金扩大传统黑人学院/大学 (HBCU) 或少数民族服务机构 (MSI) 的现有研究设施,或在 HBCU 或 MSI 建造一个全新的研究设施,为获得国家实验室称号铺平道路。
我们正通过复兴核电来扭转前几届政府的忽视和短视行为。本届政府确保英国在核创新方面处于全球领导地位。已经宣布拨款 7 亿英镑帮助英国成为核聚变的全球中心,核聚变与太阳的燃料反应相同。我最近宣布了六家入围建造首批小型模块化反应堆的公司,这些反应堆可能会改变核电站的建设方式,并在英国带来数十亿英镑的投资。我们将继续支持欣克利角 C 核电站的现有场址,该场址将以可承受的成本提供可靠的能源,为近 600 万户家庭供电约 60 年。8 月,我们宣布向 Sizewell C 核电站投资 3.41 亿英镑,以政府现有的 8.7 亿英镑股份为基础,帮助确保我们确保这个国家核工业的未来。
新闻稿 b.NEXT 财团(Assystem、Egis 和 Empresarios Agrupados)与 Fusion for Energy (F4E) 签署 ITER 项目主要建筑工程合同 巴黎,2024 年 11 月 12 日,17:45(CET)-- b.NEXT 财团(Assystem、Egis 和 Empresarios Agrupados)与 Fusion for Energy (F4E) 签署了一份价值数百万美元的合同,该合同有效期至 2030 年,用于 ITER(最大的国际聚变实验)的设计和施工管理活动。基于 b.NEXT 合作伙伴已经提供的专业知识,这份新合同重申了他们作为聚变领域的领导者的地位,他们自 2010 年以来一直支持 ITER。ITER 旨在通过建造使用磁约束的最大装置来证明核聚变的可行性。它汇集了来自 35 个国家的工程师和科学家,他们团结一致,共同致力于开发清洁、可持续的能源。这是一份专注于卓越和创新的战略合同
摘要 和平建设曾经为人类寻求核聚变提供动力;现在它仍然可以。本文通过应用非杀伤性全球政治科学和平建设框架、五螺旋技术创新生态系统模型和最近的路径依赖理论,分析了燃烧等离子体聚变突破对加剧冲突和建设和平的巨大影响。第一次燃烧等离子体将是一个前所未有的历史事件,最接近的类似事件是三位一体测试;我们从路径依赖的角度分析测试,将其与核聚变进行比较。与核裂变一样,核聚变将因其内在优势而被武器化。然而,导致核聚变的创新并非无人注意。与在战时秘密进行的三位一体不同,核聚变是在和平时期开发的,以协助低碳转型。在核裂变方面,尽管最初取得了进展,但苏联在二战后立即拒绝了美国的巴鲁克计划,该计划将原子能和武器置于联合国之下,以遏制核军备竞赛。结果就是冷战。同样,我们预测全球将迎来一个关键时刻,通过新的巴鲁克计划可以建立起新的规范核秩序,从而达成一项全球和平条约,人类也将重新确定本世纪的目标。
能源总司 (DG ENER) 致力于加速欧洲公平的能源转型,到 2050 年成为第一个气候中立的大陆,为所有人提供清洁、安全和负担得起的能源,从而打造一个具有竞争力的欧洲。我们建立了一个创新、有弹性和综合能源系统的欧洲框架。我们努力消除能源转型的障碍,并刺激能源解决方案,以推动向气候中立的转变,同时促进欧洲的可持续增长和创造就业机会。转型建立在欧盟在绿色能源领域的全球领导地位以及欧盟市场上消费者参与和市场驱动的能源效率和可再生能源技术投资的基础上,以及与全球合作伙伴的合作,以加速能源转型和欧洲的能源安全和弹性,减少对化石燃料的进口依赖和进口费用。ENER.D.4“ITER”部门是 D 部门“核能、安全和 ITER”的一部分。我们是一支由积极进取的官员组成的团队,负责聚变能源 ITER 项目和聚变的发展。 D.4 单位的使命是推动欧盟核聚变能源的发展,使其成为一种新的气候友好型、清洁和安全的能源,其中包括:
这些力会产生极高的压力和温度。1 我们的太阳内部温度为 2700 万华氏度,核心压力约为地球大气压的 3400 亿倍。2,3 在这些极端条件下,太阳核心中的氢原子被压缩并最终融合在一起,这一过程会以伽马射线光子和中微子的形式释放出大量能量。4 这种聚变能传播到太阳表面,是太阳发光的来源。5 几十年来,科学家和工程师不断突破实验物理学的界限,复制这种反应并将其用作能源。聚变反应堆给社会带来的潜在利益难以估量;燃料丰富且可广泛获取,碳足迹可以忽略不计,其相关的核废料和防扩散问题也微乎其微。6,7 尽管有这些激励措施,尽管该领域最近取得了里程碑式的成就,但聚变能科学仍然是当今实验物理学中最具挑战性的领域之一。陆地反应堆实现核聚变的关键基准被称为“点火”。点火定义为核聚变反应产物足以在没有外部能量输入的情况下维持等离子体温度和反应本身的点。8 换句话说,当反应产生的能量大于其消耗的能量时,即达到点火。通常,维持该反应所需的条件描述为:温度 (T)、等离子体密度 (n) 和约束时间 (t)。在过去的 50 年里,(n) 和 (T) 已经得到了相当完善的定义。9 核聚变能科学中剩下的一个核心挑战是第三个量:(t)。10 这是指核聚变产物在反应离子等离子体内的停留时间。11 为了产生大量的能量,需要时间来让核聚变反应发生。12 在我们的太阳内部,引力约束足以满足这一要求。在地球上,需要其他约束机制。两种主流约束机制是惯性和磁约束。 13 惯性聚变应用
Perlmutter-CPU 上的 394,008 个节点小时 研究摘要:激光束在等离子体中不受阻碍地长距离传播对于高能量密度 (HED) 实验和惯性约束聚变的成功至关重要。然而,这种传播可能会受到多种激光-等离子体不稳定性的影响。由螺旋激光束驱动的等离子体波的拓扑结构提供了以前未探索过的对激光-等离子体相互作用的控制水平。与传统光束不同,螺旋激光束可以与等离子体交换角动量并激发螺旋等离子体波。这些等离子体波的螺旋拓扑从根本上改变了它们与电子和离子的相互作用,改变了不稳定性的发展和特性,包括增长率、阈值和饱和度。该项目的研究计划结构复杂,从暖螺旋等离子体波的基本特性开始,逐渐发展到单个散斑中的激光等离子体不稳定性。由于其场结构的性质,螺旋激光束和螺旋等离子体波必须以 3D 形式模拟。该项目将采用 3D 粒子胞内 (PIC) 模拟来捕捉相关物理现象。在 OMEGA 和 NIF 等高能激光设施中产生螺旋光束的新兴能力强调了及时检查螺旋激光驱动器对缓解激光等离子体不稳定性的影响的重要性。我们对螺旋光束驱动的激光等离子体不稳定性的研究由美国能源部 (DOE) 的两个项目资助:高能密度实验室等离子体项目 (DOE/SC/FES/HEDLP) 和通过高级计算进行科学发现项目 (DOE/SC/SCiDAC)。该项目针对 DOE 感兴趣的特定领域是“等离子体的非线性光学和激光-等离子体相互作用”,以促进聚变能科学。支持该提案的 SCiDAC 项目旨在解锁百亿亿次超级计算机上惯性聚变能量相关模拟中的动力学效应。该项目还将为研究生提供培训,让他们将高性能计算应用于激光-等离子体相互作用的研究。
首款通过核聚变增强的电力推进装置 纽约市,纽约州 — RocketStar Inc. 成功演示了 FireStar Drive,这是一种使用核聚变增强脉冲等离子体的突破性航天器电力推进装置。这种创新装置通过利用一种独特的无中子核聚变形式,显著提高了 RocketStar 基础水燃料脉冲等离子推力器的性能。基础推力器通过水蒸气电离产生高速质子。当这些质子与硼原子的原子核碰撞时,硼原子发生聚变,转变为高能碳,并迅速衰变成三个阿尔法粒子。通过将硼引入推力器的排气管,FireStar Drive 实现了这一聚变过程。与加力燃烧室通过将燃料引入排气管来增强喷气发动机推力的方式类似,推进器排气管中发生的聚变显著提高了其性能。发现 这一核聚变发现首次出现在 AFWERX 的 SBIR 第 1 阶段。当时,硼化水被引入脉冲等离子推进器的排气羽流中。这产生了阿尔法粒子和伽马射线,这是核聚变的明显迹象。它在随后的 SBIR 第 2 阶段得到了进一步验证。在佐治亚州亚特兰大的佐治亚理工学院高功率电力推进实验室 (HPEPL),它不仅产生了电离辐射,还将基础推进装置的推力提高了 50%。“ RocketStar 不仅逐步改进了推进系统,而且通过应用新概念在排气中产生聚变-裂变反应,实现了飞跃,”新墨西哥大学核工程教授 Adam Hecht 表示。“这是技术发展中激动人心的时刻,我期待着他们未来的创新。”“我们的团队已经探索了一段时间,我们对初步测试的结果感到非常兴奋,”RocketStar 首席执行官 Chris Craddock 表示。 “在佛罗里达的一次会议上,我在一张餐巾纸上勾勒出这个想法,并向 Miles Space 的创始人 Wes Faler 描述了它。他在开发基础推进器和聚变增强器方面非常聪明。我们收购了 Miles Space,Faler 现在是我们的首席技术官。所以现在我很高兴能够让我们已经非常出色的推进器进行聚变增强,并显著提高性能。感谢 AFWERX 和 USSF 相信这是可能的!” 下一步 RocketStar 的现有推进器现已可供客户交付。它被称为 M1.5,将作为 D-Orbit 专有的 OTV ION 卫星运载器上的托管有效载荷在太空中进行演示,该卫星运载器将执行计划于今年 7 月和 10 月进行的两次 SpaceX 运输机任务。
本文件的目的 本文件概述了将于 2024 年至 2029 年提出的 DIII-D 国家聚变设施研究计划。最终的拟议计划将于 2022 年 9 月提交给美国能源部 (DOE),届时将开始正式的 DOE 审查程序。作为 DOE 科学用户设施办公室,DIII-D 服务于国家利益和 DOE 聚变能源科学计划的聚变能源研究目标。该计划对美国聚变社区(包括公共和私营部门合作伙伴)的观点和想法感兴趣。与所有其他科学用户设施办公室一样,DIII-D 向所有感兴趣的潜在用户开放,不论国籍或机构隶属关系。DIII-D 5 年研究计划是通过来自用户群和 DOE 的输入过程生成的。与美国聚变能源计划的更广泛需求一致,该计划的大纲旨在允许潜在用户和其他参与聚变能源开发的人员提供反馈。鼓励潜在用户就本计划提出意见,并提出新的或额外的想法。有些想法可能很好地融入了该计划,并根据该计划实施,但也可以提出其他活动,这些活动可以使用 DIII-D 平台的许多功能来推进商业核聚变的道路。在下一执行期的拟议计划中,该设施寻求弥补核聚变试验工厂设计中的差距,推进核聚变材料和技术,并确保 ITER 项目取得成功,并确保美国研究人员能够有效参与。以下部分代表了该计划涵盖的研究和治理领域。提供了每个领域的广泛摘要,并附有附录,列出了具体的设施能力改进。在 2021 财年的实验活动中,超过 400 名专业人员直接参与了 DIII-D 研究,其中 230 名在现场工作。该计划目前有 50 名研究生和 41 名博士后学者。有关 DIII-D 资源和能力的信息:https://fusion.gat.com/global/diii-d/home 提交反馈:contact-d3d@fusion.gat.com 缩小技术差距以加速聚变试验工厂的设计 在缩小聚变试验工厂 (FPP) 设计的技术差距方面,DIII-D 计划利用其快速迭代能力实现全面的研究进展。这包括快速改变托卡马克偏滤器几何形状,以及在强大的诊断和理论和建模能力支持下研究新的等离子体场景。加热和电流驱动能力、等离子体整形和环形场的大幅提升将为缩小差距提供基础
尽管它占据了宇宙空间的 99% 以上,但在地球上也只能看到极光等罕见现象。这种现象发生在两极,是由于来自太阳风的电子受到地球磁力加速并与大气中的原子碰撞而产生的。在这种相互作用中,包括原子的电离和激发在内的一系列事件形成了不同能量状态的物质“沙拉”。这种物质“沙拉”不符合热力学平衡,具有与周围环境重新结合的能量。1928 年,人们提出了这种物质的第四种状态,并称之为等离子体[ 1 ]。然而,直到第二次世界大战之后,研究人员才开始对人造等离子体的形成及其对人类的潜在益处产生兴趣。起初,人们竞相开发用于热核聚变的等离子体,即在极低的压力下产生等离子体,然后利用强磁场进行受控核聚变[ 2 ]。随后,在 20 世纪 70 年代,等离子体技术开始了更加深入的研究,不仅在电子工业,而且在航空航天、汽车、冶金、钢铁、生物医学、纺织、光学和造纸工业也得到了广泛的应用[3-10]。这些技术大部分使用低压冷等离子体,即电子能量远大于等离子体中其他粒子平均能量的等离子体,而炼钢等应用则使用热等离子体,其中系统接近平衡,即电子能量与其他物质的能量大致相同。由于产生等离子体所需的压力较低,这些冷等离子体技术在使用上受到限制。除了尺寸限制之外,还有其他因素,例如需要处理的产品具有低蒸汽压,从而在加工过程中保持其完整性。一种可在大气压下使用并保持等离子体低温的技术,即允许电子与其他物质发生高能碰撞的非平衡特性,使环境保持低温。这种技术在聚合物、液体和活组织等热敏感材料的应用方面具有很大的吸引力[11,12]。过去 20 年的研究正在不断发展,被称为冷大气等离子体(或冷大气压等离子体 PFA)。它们主要应用于健康领域,如伤口愈合、血液凝固、龋齿消毒和改变哺乳动物细胞功能,并有可能用于新的癌症治疗[13-17]。在农业中,它可用于刺激植物生长和减少病原体、种子发芽、水果生物活性表面的净化以及收获后的净化[18-23]。在环境领域,它可用于环境、液体和固体的净化、水处理、染料降解等[24, 25]。在巴西,该技术仍很少得到应用和普及。一些使用它的研究中心以孤立和不系统的方式进行研究。 2020 年 2 月 8 日在 CNPq 研究目录中进行的搜索表明,巴西有 10 个研究小组的名称中带有“等离子体”一词,其中只有 02 个研究小组的名称中包含“大气等离子体”或“冷等离子体”一词。俄罗斯半干旱地区联邦乡村大学(UFERSA)自 2012 年以来一直致力于开展大气冷等离子体在农业、健康和环境领域的应用研究,并取得了有趣且前所未有的成果。考虑到该研究的低成本和相关性,以及其多学科、创新和跨部门集成的性质,该技术的传播可能是其在其他研究机构和国家工业中传播的重要一步。凭借我们过去 8 年积累的经验,我们将能够接近农业、卫生和