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实现可持续 DT 聚变能燃料循环的技术开发和材料研究
第一代商用聚变能工厂的设计采用氘-氚 (DT) 燃料循环。燃料成分氚是一种半衰期为 12.3 年的放射性氢同位素，而氘是一种稳定的天然水成分，两者在 DT 等离子体中“燃烧”。为了实现持续、高效的商用聚变能工厂设计，需要在氚生产（整体增殖和提取）工艺和工程系统以及氚作为气体的处理（包括同位素分离和杂质去除处理）方面取得技术进步。工艺建模和核算方法的改进将有助于降低在制品氚库存，从而提高工厂效率并满足任何将要制定的安全、环境损害和不扩散法规。作为美国氚和轻同位素科学与技术以及国防任务工程处理系统的领先实验室，萨凡纳河国家实验室正在利用其在氢气处理、同位素分离和净化技术方面的能力，设计/建造托卡马克排气处理 (TEP) 系统，这是 ITER 中使用的 DT 燃料循环的主要处理系统。这些任务中使用的能力和经验被应用于与美国能源部合作的公私合作伙伴关系中，以开发可持续的 DT 燃料循环设计，以促进美国聚变能的商业化
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。
惯性聚变实验中科学盈亏平衡的能量原理
首次实现了聚变“科学盈亏平衡”（即，目标增益 G 目标为 1，总聚变能量输出 > 激光能量输入）（此处，G 目标 ∼ 1.5）。本文报告了设计变更的物理原理，这些变更导致在国家点火装置上使用激光间接驱动进行首次受控聚变实验，以产生大于 1 的目标增益，并超过了之前根据劳森标准获得的点火所需的条件。成功的关键因素在于减少“滑行时间”（激光脉冲结束和内爆峰值压缩之间的持续时间）和最大化传递到“热点”（聚变燃料的产量产生部分）的内部能量。解释了滑行时间与动能向内能的最大效率转化之间的联系。不对称和流体动力学诱导混合的能量学后果是高产量大半径内爆设计实验和设计策略的一部分。本文展示了不对称和混合如何合并为一个关键关系。结果表明，混合会产生与内爆不对称影响类似的动能成本，从而将点火阈值转移到更高的内爆动能——这一因素通常不包含在广义劳森标准的大多数陈述中，但关键的必要修改显然已经显现出来。
先进制造应用于核聚变
摘要 要达到设计性能所需的材料需要能够提供金属、陶瓷和金属陶瓷化学成分的配方和加工方法，这些成分必须在源头进行精细调整，并能耐受下游的热机械调整。研究人员不断利用计算热力学模型和改进的热机械处理技术开发结构钢和金属陶瓷，目前正在评估基于 8%–16% wt.% Cr 的氧化物弥散强化钢 (ODS) 还原活化铁素体-马氏体钢 (RAFM)。SiC f 和 CuCrZr 的组合作为含有活性冷却剂的金属基复合材料将被视为一个重大机遇，此外，由 SiC 纤维增强 SiC 基体且能够与金属结构连接的复合陶瓷材料在先进热交换器的开发中具有巨大潜力。继续讨论先进制造的主题，使用粉末冶金热等静压和放电等离子烧结等固态加工技术来生产金属、陶瓷和金属陶瓷的近净成形产品是关键的制造研究主题。增材制造 (AM) 用于生产金属和陶瓷部件现在正成为一种可行的制造途径，通过 AM 和减材加工的结合，可以生产出其他任何工艺都无法制造的高效流体承载结构。将其扩展到使用电子束焊接和先进的热处理来提高同质性和提供模块化，现在可以使用双管齐下的解决方案来提高能力和完整性，同时为设计师提供更大的自由度。
晶格约束聚变 (LCF)、量子核子学和......
传统核反应堆将裂变碎片的动能转化为核燃料内的热量，需要进行热能转换，而充足的初级冷却对于核安全至关重要。德克萨斯理工大学提出了一种替代设计（以及早期燃料开发数据），由于不涉及任何主要的热能转换途径，因此完全避免了当今的核安全问题。
第 29 届国际原子能机构聚变能会议
因此，FEC 2023 的范围旨在反映新时代在聚变能源研究、技术开发和工业部署准备方面的优先事项。会议旨在作为一个平台，分享受这些新优先事项影响的国家和国际聚变计划的研究和开发成果，从而帮助确定全球在聚变理论、实验、技术、工程、材料、先进概念、安全、社会经济和工业部署准备方面的进展。此外，会议还将根据净能量产生聚变装置和聚变发电厂的总体要求来设定这些结果，从而帮助确定前进的方向。
迈向 2023 年聚变能源
该战略详细介绍了我们将实施的新计划，以确保英国核聚变行业的光明未来，这些计划是英国替代欧洲原子能共同体研发计划“核聚变未来”的一部分。该计划包括新功能，例如新的核聚变燃料循环设施、对核聚变研发和工程公司的增强支持以及用于发展工程和科学技能的专项资金。我们将继续高度重视与全球合作伙伴的关系，包括与欧盟和国际热核聚变实验堆 (ITER) 的关系，分享学习成果并利用英国独特的经验推动英国和全球的核聚变发展。
聚变能源：现在和未来
60 多年来，国际原子能机构一直在推动聚变能源的研究和开发，并通过将聚变社区聚集在一起，为科学和技术挑战创造解决方案，继续大力支持研究和开发以及未来的部署。近年来，国际原子能机构在多学科努力中增加了聚变活动。这包括以整体方式处理聚变能源设施，在适用的情况下将成功的裂变能源发电厂的最佳实践和经验教训融入实现聚变能源生产的努力中。聚变科学研究和技术——包括等离子体和材料科学、基本聚变过程数据、监管框架、许可、核安全、核废料管理、核责任问题以及核聚变设施的经济方面——涵盖国际原子能机构的所有技术部门和组织单位。国际原子能机构的核聚变相关计划活动由其 2019 年成立的内部跨领域核聚变协调委员会负责协调。国际核聚变研究理事会和国际原子能机构常设咨询小组就国际原子能机构开展的一系列关键活动提供建议，以加强国际核聚变研究和技术开发合作并提高目前的技术水平。■
磁聚变技术基础 主编：
当今世界对清洁能源的需求超过了供应。这使得清洁能源（如聚变）越来越受到决策者、投资者和广大公众的关注。原则上，聚变每千克燃料产生的能量是裂变的四倍，是燃烧石油和煤炭的近四百万倍。目前国际社会对这种清洁能源的承诺水平使我们更接近聚变能源。一个典型的例子是 ITER，它是世界上最大的聚变实验，它联合了来自 35 个国家的科学家，旨在实现自持聚变反应并展示可观的能量增益。建设正在进行中，一旦完成，ITER 有望开启聚变能源发展的下一阶段，示范聚变发电厂（称为 DEMO）旨在首次从聚变中发电。国际原子能机构处于 DEMO 开发的前沿，促进国际协调并分享世界各地项目的最佳实践。国际原子能机构鼓励对 DEMO 的讨论，并推动广泛的国际对话，以克服高度技术挑战并使聚变能成为现实。国际原子能机构出版的科学期刊《核聚变》见证了该组织对聚变研究的承诺。它是世界上历史最悠久、最权威的聚变期刊。该出版物是对之前发行的《聚变物理学》的补充，描述了磁聚变技术的广泛领域，从等离子体加热和电流驱动到聚变中子学和材料和组件，再到真空泵送和燃料，再到氚处理和氚工厂。
通用原子公司聚变试验工厂
引领实用聚变能源之路 自原子时代来临以来，通用原子公司一直站在聚变科学和技术创新的前沿。通过与政府和工业界的长期合作，通用原子公司为全球的研究项目提供服务和专有聚变技术 - 从集成等离子体控制系统到独一无二的诊断仪器。如今，通用原子公司正在运用其在运营、研究和开发方面数十年的专业知识，在 2030 年代打造一个可靠且具有成本竞争力的聚变试验工厂。