等离子体科学与聚变社区 等离子体科学联盟主席,2021 年 6 月至今,https://www.plasmacoalition.org/index.html MagNetUS 首次会议组委会成员,2021 年 8 月 2 日至 4 日 APS 早期职业科学家论坛执行委员会委员,2020 年 11 月至今 APS DPP 基础等离子体物理小组委员会程序委员会主席,2021 年 APS DPP 执行提名委员会副主席,2020-2021 年 APS DPP 公共信息委员会成员(2019-2021 年) 2020 年聚变能与等离子体物理入门课程讲师,作为普林斯顿大学的一部分
• 需要改变交通模式,使人类真正成为太空旅行物种 • 核能使更高能量的系统能够在极端环境下持续运行 • 核推进系统可以实现对火星及更远地方的强大探索,对于快速深空载人星际任务至关重要 • 对于地面探索任务,空间核动力系统是一个非常有前途的选择 • 对于需要高电力输出的任务,例如载人火星任务和太空渡轮,基于裂变或聚变反应堆的电力系统可能是一个非常有竞争力的选择 • 有前景的研究和开发正在进行中,并进行了讨论 - 核热推进、核电推进、等离子推进和直接聚变驱动
1 普林斯顿等离子体物理实验室,美国新泽西州普林斯顿 08540 2 DECTRIS 有限公司,瑞士巴登-达特维尔 5405 3 威斯康星大学麦迪逊分校工程物理系,威斯康星州麦迪逊 53706,美国 PPPL 开发了基于 PILATUS3 X 100K-M CdTe 探测器的多能量硬 X 射线针孔相机,以安装在 WEST 托卡马克上。该相机将用于研究热等离子体特性(例如电子温度)以及非热效应(例如 LHCD 产生的快速电子尾和逃逸电子的诞生)。该系统的创新之处在于可以为探测器的每个 ~100k 像素独立设置阈值能量。此功能允许以足够的空间和时间分辨率(~1 厘米,2 毫秒)和粗能量分辨率测量多个能量范围内的 X 射线发射。在本工作中,使用钨 X 射线管和各种荧光靶(从钇到铀)的发射,在 15-100 keV 范围内校准了每个像素的能量依赖性。对于每个能量间隔,对应于 K α 发射线对的数据都与特征响应度(“S 曲线”)拟合,该响应度描述了每个像素 64 个可能的能量阈值上的探测器灵敏度;通过对每个 ~100k 像素的电荷灵敏放大器后的 6 位数模转换器的电压进行微调,可以探索这种新颖的能力。本工作介绍了校准结果,包括统计分析。结果发现,可实现的能量分辨率主要受 S 曲线宽度的限制,对于阈值能量高达 50 keV 的情况,S 曲线宽度为 3-10 keV,对于 60 keV 以上的能量,S 曲线宽度为 ≥ 20 keV。
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。
由于时间通常是此类问题中唯一的独立变量,我们必须制定策略来发现适宜居住的地方并利用地外能源。这一目的回顾了太空探索在第二代生物燃料、聚变、生物特征、技术特征、原子丰度曲线、核合成(即燃烧 H、He、C、Ne、O、Si、Fe)等领域的研究问题。从氢进行氦、氧和氖的核合成,以及从捕获过剩的大气碳和甲烷进行铁的核合成,可以为太空探索提供宝贵的物质资源并促进技术科学知识。无论如何,聚变与其他有效手段相结合,是星际旅行的一个有前途的技术项目,而从这个角度来看,控制核扩散的伦理问题也必须得到解决。因此,功利主义应该得到责任和组合学的帮助。
如今,随着从太空天体物理观测站大量获取数据、在聚变能和 x 射线激光中进行高温实验室实验,以及对中性到高度电离原子的更高精度和大量数据的需求,这项工作至关重要。
○ 短期和中期:向海外初创企业和政府主导项目授权核心技术 ○ 长期:开发螺旋聚变反应堆,为发电企业提供设计、建造、运行和维护技术。 ● 利益相关方构成:
在核聚变能源路线图中,示范核聚变反应堆 (DEMO) 将在 ITER 之后建成。DEMO 的建设将于 2040 年左右开始,这对成功开发抗中子材料提出了严格的时间要求,因为这些材料必须在 DEMO 设计完成之前获得认证。除了已经在裂变谱中观察到的位移损伤之外,一个关键问题是氦脆化对材料的影响,对于高能中子来说尤其重要。虽然全性能国际聚变材料辐照设施 (IFMIF) 提供了理想的聚变中子源装置,正如快速通道方法中已经确定的那样,用于测试达到聚变发电厂 (FPP) 预期的辐射损伤水平的材料,但根据当前欧洲路线图,DEMO 的时间表规定,测试必须比目前预计的完整 IFMIF 更早开始。
在核聚变能源路线图中,示范核聚变反应堆 (DEMO) 将在 ITER 之后建成。DEMO 的建设将于 2040 年左右开始,这对成功开发抗中子材料提出了严格的时间要求,因为这些材料必须在 DEMO 设计完成之前获得认证。除了已经在裂变谱中观察到的位移损伤之外,一个关键问题是氦脆化对材料的影响,对于高能中子来说尤其重要。虽然全性能国际聚变材料辐照设施 (IFMIF) 提供了理想的聚变中子源装置,正如快速通道方法中已经确定的那样,用于测试达到聚变发电厂 (FPP) 预期的辐射损伤水平的材料,但根据当前欧洲路线图,DEMO 的时间表规定,测试必须比目前预计的完整 IFMIF 更早开始。