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高场超导体和超导磁铁ECRIS和Frontier核物理
•至关重要的核物理学： - FRIB - 高功率ECR来源和高刚度光谱仪 - EIC - 复杂的相互作用区域磁铁 - JLAB - JLAB - 中心至12GEV升级•至关重要的基本能源科学至关重要的基本能源科学 - 新颖的端站磁铁 - 超导器 - 超导器 - 超导向器•融合的融合供货量和级别的融合式tokamaks and Stellactors-尤其是Compactact tokamaks
全尺度NB3SN CICC设计的机械分析...-虹膜
n最近的tokamaks [1]，例如目前在法国组装的ITER，磁体Ca-Bles由数百种含有NB 3 SN的复合材料超导电线组成，这是一种强应变敏感的材料[2]。在机器操作期间，这些电缆被提交给电磁和热性质的环状机械载荷。已经观察到这些重复负载会触发电缆的电性能的逐渐但稳定的降低[3]，[4]。到目前为止，这种宏观损失的电性能与Su-percoducductuction导线的局部应变状态有关的确切机制仍然部分未知。由于其多尺度和多物理性质，此问题非常复杂。本文基于以前的工作[5] - [7]，其最终目标是通过开发实心数值机电模型来阐明电缆和链尺度的一些目标，以模拟运行中的超导电缆。该模型旨在识别和理解性能降解的原因，并获得评估新超导电缆的电缆行为的预测工具。这项工作呈现
2024 - 阿米莉亚·埃尔哈特研究员
Hamda Al-Ali 是伦敦帝国理工学院帝国等离子推进实验室的博士候选人。她的研究重点是新型高功率等离子推进系统的设计和实验鉴定：球形托卡马克推进器。这项创新技术的灵感来自球形托卡马克和磁约束聚变的工作原理。推进器受益于高推进剂电离和利用率，并与多种推进剂兼容，包括水等分子绿色推进剂。球形托卡马克推进器的无电极设计消除了与电极存在相关的问题，例如电极腐蚀和阴极中毒，从而延长了其使用寿命，同时提供了高比冲，以增加有效载荷质量分数并降低航天器发射成本。这些特性和能力使其成为深空探索任务的有吸引力的候选者。这项技术将实现高效的行星际空间探索，并使星际旅行更加可行。
![arXiv:2007.06449v7 [physics.acc-ph] 2020 年 11 月 11 日](/simg/g:\will\search\icon\source\9\9f2c4327e42727a83dd8c187997f4034b97b4724.webp)
arXiv:2007.06449v7 [physics.acc-ph] 2020 年 11 月 11 日
尽管真空电弧和梯度极限理论已用于线性对撞机和托卡马克等大型项目的设计和成本核算，但人们对其了解甚少。在真空电弧被隔离近 120 年后，电弧的确切机制及其产生的损害仍然存在争议。我们描述了真空电弧的简单通用模型，该模型可以包含所有活动机制，旨在解释所有相关数据。我们的四阶段模型基于在 805 MHz 下进行的实验，实验采用了各种腔体几何形状、磁场和实验技术，以及原子探针断层扫描和微电子故障分析的数据。该模型考虑了电弧的触发、等离子体形成、等离子体演化和表面损伤阶段。我们的数据清楚地显示了由差异冷却产生的表面损伤，这种损伤能够产生局部高场增强 β ∼ 200，并在后续脉冲中产生电弧。我们更新了模型并讨论了新特征，同时还指出了新数据在将模型扩展到更宽的频率范围方面会很有用的地方。
探索 - 优化 - 遗产者 - tokamak- ...
多年来，一直将优先考虑可持续的解决方案，用于生产能源而不会损害环境。在许多人中，托卡马克斯和恒星是能够产生巨大能量的复杂融合反应器。a tokamak是核融合研究中使用的融合反应器，旨在保持使用磁力的血浆。它具有复杂的磁场布置，该磁场悬挂了血浆，该等离子体由电动电荷颗粒组成，这些颗粒在圆柱形的，doughnut的外壳内，被称为圆环。On the other hand, a stellarator (combining the Latin word Stella meaning star, and the English word generator — produced the word Stellarator means it is a generator of stellar energy) is a ring-shaped device designed to generate precise fusion reactions in super-heated plasma, in which the main magnetic fields are created through external coils which are wound and bent into complex helical shapes.通过探索这两个选项，我们的主要重点是找出哪个是一个更可行的选择，因为在审查了可用的文献和数据后，有适当的能量来产生更多的能量。本文发现，可以将优化版本的恒星使用版本用于更长的时间，以实现Q获得> 1> 1，这意味着反应堆可以通过修改恒星剂的各种组件和各个方面来产生能量，并确保恒星量的三重产品足以满足可持续融合能量的需求。
已发表版本的引用（APA）：JET 贡献者、Vega、J.、Citrin、J.、Ho、A.、Huijsmans、G.T.A.、Marin、M. 和 van de Plassche、K.L. (2022)。利用人工智能技术预测托卡马克等离子体中的中断。自然物理，18(7)，741-750。 https://doi.org/10.1038/s41567-022-01602-2
奥卡马克是目前最有前途的商业化聚变反应堆配置，但与仿星器相反，它们很容易发生中断。由于它们也是非常复杂的设备，因此中断取决于许多影响以及它们之间的非线性相互作用。脉冲托卡马克实验包括数百万安培数量级的电流放电。这些放电的正常演变可能会被各种类型的不稳定性 1 突然打断。与过度辐射（从可见光到 X 射线光谱区域）、过高的等离子体密度或异常电流分布有关的不稳定性尤为常见和危险。中断发生在两个阶段，即热猝灭和电流猝灭。在热猝灭期间，等离子体的大部分内部能量会在 1 毫秒数量级的时间尺度上损失。热猝灭之后立即是电流猝灭，在此期间等离子体电流会在几毫秒到几百毫秒的时间间隔内熄灭，在当今的托卡马克中这一点尤为明显。中断的前兆通常表现为几个诊断信号异常，例如电子温度异常（图1）。然而，这些所谓的前兆信号也可能出现在非中断等离子体中，这使得中断预测成为一个复杂的多目标问题。由于缓解中断需要立即终止放电，因此误报会浪费大量的资源，而且有损坏设备的风险。因此，需要将误报和漏报保持在最低限度。准确预测中断对于下一代托卡马克来说将更加重要，因为它们将使用面向等离子体的金属部件。金属有几个优点。首先，它可以承受负载且腐蚀程度可接受，这意味着它对面向等离子体的部件的寿命以及托卡马克的效率的影响较小。其次，等离子体燃料的滞留率相对较低。滞留率高，即放射性燃料在壁内积聚，是一种安全威胁
血浆理论简介
讲座1。定义等离子体是带电颗粒的准中性气体。最一般的情况：电子和带正电的离子。血浆可能包含中性原子。在这种情况下，等离子体被称为部分或未完全离子化。否则等离子体已完全离子化。“等离子体”一词是在1929年Langmuir和Tonks的工作中引入的，当时他们在充满电离气体的电子灯中研究了过程。现在，我们称此情况为低压气体。自然的例子是闪电。现代等离子体物理学在1950年代出现，当提出热核反应器的想法时。反过来，这项活动是由1952年和1953年在美国和美国开发的H炸弹发起的。然而，很快就认识到，融合能量在不可能的未来不太可能有用，而不是军事用途。Fusion Energy Works于1958年解密。为了对工作的热核反应，需要几个10 keV（1亿k）的温度。融合的进步在整个1960年代的大部分时间里都很缓慢，但是到那个十年末，经验开发的俄罗斯Tokamak配置开始产生等离子体，其参数远胜于过去二十年的乏味结果。到1970年代和80年代，许多具有逐步提高性能的托卡马克人已经建立了，在20世纪末，托卡马克斯几乎实现了融合分裂。强烈的事件功率导致颗粒表面消融，并在SO在21世纪初达成了国际协议，以建立国际热核实验反应堆（ITER），这是一个爆破的tokamak，旨在产生500兆瓦的融合输出能力。非tokamak的融合方法也以不同程度的成功进行了追求。许多涉及与Tokamaks相关的磁性实现方案。与基于磁性结构的融合方案相反，还开发了惯性辅助方案，在该方案中，高功率激光器或类似强烈的强力源轰炸了热核燃料的毫米直径颗粒，具有超短效的，具有强大的强烈浓缩的有指导能量的极有强大的脉冲。
科学/聚变能源科学 2025 财年国会理由
聚变能科学概述聚变能科学 (FES) 计划的使命是扩展对极高温度和密度物质的根本理解，并构建开发聚变能源所需的科学基础。此外，FES 的使命还包括推进所需的基础研究，以解决发展聚变能作为美国清洁能源所需的基础科学和技术差距。这一方法包括通过将研究平衡转向长期计划 (LRP) 聚变材料和技术 (FM&T) 差距来实现聚变能使命，这将三大科学驱动因素联系起来：维持燃烧等离子体、为极端条件设计和利用聚变能。SC 支持美国参与 ITER，以便美国科学家能够使用符合 LRP 目标的燃烧等离子体实验设施。 DIII-D 国家聚变设施和国家球形环实验升级 (NSTX-U) 设施是世界领先的科学办公室 (SC) 用户设施，用于实验研究，供国家实验室、大学和行业研究团体的科学家使用，以优化磁约束机制。惯性聚变能 (IFE) 合作中心为这项工作提供了补充，以支持惯性约束方法的战略发展。聚变创新研究引擎 (FIRE) 中心通过与多个公共和私人合作伙伴的小组研究合作，解决关键的科学和技术差距，并将发现科学、创新和转化研究结合在一起。与聚变私营部门的合作可以通过聚变能源创新网络 (INFUSE) 代金券计划和 FES 建立的聚变发展里程碑计划共同努力解决常见的科学和技术挑战，从而加速聚变能源的可行性，以支持政府的大胆十年愿景 (BDV)，为商业化聚变能源奠定基础。 FES 支持聚变理论和模拟方面的重大努力，以预测和解释等离子体作为自组织系统的复杂行为，从而补充这些实验活动。FES 还与高级科学计算研究 (ASCR) 计划合作，支持通过高级计算进行科学发现 (SciDAC) 组合。美国科学家利用国际合作伙伴关系对具有独特能力的海外托卡马克和仿星器进行研究。开发能够承受巨大热量和中子暴露并培育使聚变成为自给自足能源的燃料的新型材料和技术对于聚变试验工厂 (FPP) 的设计基础非常重要。材料等离子体暴露实验 (MPEX) 设施将解决等离子体-材料相互作用方面的知识空白。
通过测试开发反应堆动力排气解决方案...
1. 待评估的技术 正在考虑两项变革性使能技术：(1) 先进的偏滤器概念，有可能解决反应堆相关条件下功率耗尽的生存挑战；(2) 紧凑、高场、高功率密度 DTT，可以测试并可能提高此类概念的技术就绪水平。目前的实验和模拟指出了反应堆的挑战级别：反应堆级托卡马克（例如 ARIES、Demo、ARC）边界的未缓解热通量预计在 10 GW/m 2 的数量级上，平行于磁场，比目前的实验高 10 倍。此外，必须完全抑制偏滤器靶板侵蚀。传统偏滤器无法处理这样的功率通量。先进的偏滤器概念显示出处理这些热负荷的潜力，但目前尚无设施将其技术就绪水平提高到 TRL2 级以上。我们对控制物理学（等离子体和中性传输与原子物理学相结合的复杂非线性相互作用）的了解还很有限，无法自信地预测它们在反应堆级托卡马克中的表现。在反应堆级条件下测试潜在的动力排气解决方案需要建立一个新的专用实验，该实验可以将 TRL 提高到 6。关于如何构建用于测试反应堆相关偏滤器系统的“风洞”，已经有多个考虑 1-3。他们之间的共识是偏滤器等离子体条件
惯性聚变能反应堆的燃料循环
在磁约束聚变 (MCF) 领域，氚燃料循环已得到详尽研究。[1,2,3] 已经开发出处理、监测、从化学结合物种中回收、浓缩和储存氚的技术，其产量接近反应堆相关产量。[4] 关键组件已在大型托卡马克或氚处理设施中进行了测试。[5] 该技术的很大一部分可转移到适用于惯性聚变能 (IFE) 的系统。然而，操作条件与磁性情况有很大不同，因此对 IFE 燃料循环组件施加了 MCF 情况下没有的条件，因此需要针对 IFE 特定主题进行研究。燃料回路由喷射器系统和用于回收反应堆流出物的基础设施组成。MCF 中的颗粒注入是一种将 DT 冰输送到托卡马克等离子体深处的有吸引力的方法。部署在 IFE 反应堆中的目标需要特定的设计来优化燃烧分数，该分数可能高达 1/3。这可能需要不同元素的复合层。湿泡沫等靶概念将由嵌入低密度 CH 泡沫中的液态 DT 组成，也很有前景。MCF 反应堆将在真空中运行，主要成分是氢同位素。一些 IFE 反应堆设计将在中等真空（几托）下运行，主要成分是氖或氙，以帮助缓和冲击波和对第一壁的粒子冲击。MCF 反应堆必须应对等离子体与偏滤器相互作用时产生的灰尘。IFE 反应堆需要将残留的靶碎片与流出物中的挥发性氢物种分离并去除。图 1 提供了 IFE 反应堆的通用燃料循环。作为代表性示例，该设计隐含了在薄壁塑料外壳内分层使用 DT 冰。泡沫填充的液态 DT 靶和更复杂的靶设计（例如采用空腔的靶设计）将需要更广泛的碎片收集和处理子系统（具体取决于细节）。燃料循环包括两个独立的回路：一个回路为反应堆提供燃料，另一个回路用于增殖氚。反应堆流出物被分离成两股：挥发性成分在气体离开反应堆时被低温抽吸，而颗粒碎片则通过重力送入收集器并氧化以将吸收的氢与碳物质分离。低温分离器将氦灰排放到环境中，将氖/氙转移以供再利用，并通过渗透器将氢同位素排放到同位素分离器。同位素分离器将氢排放到环境中，并将氘和氚引导到胶囊工厂和靶填充系统。增殖毯回路有两个主要功能：从反应堆中提取热量和增殖氚。反应堆周围是熔盐池，用于捕获和缓和聚变中子，作为氚增殖的前体。熔盐从反应堆泵出，通过热交换器、杂质去除子系统（用于净化熔盐）、氚提取模块，然后返回到反应堆周围的安全壳中。在 380 MWe IFE 反应堆中，主要物质的摩尔流速为：H、D、T、C、O、He 和 Xe，该反应堆使用封装在薄塑料壳中的 DT 冰靶。20 毫克氚靶以 0.5 Hz 的频率注入。燃烧分数假设为 25%。聚变功率转换为电能的比率假设为 30%。假设工厂占空比为 90%。