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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%。
为高增益惯性聚变能 (IFE) 靶设计提供先进的烧蚀材料
激光直接驱动 (LDD) 是惯性聚变能 (IFE) 设计最合适的方案之一，因为它可以比间接驱动 [1] 至少多两倍的激光能量耦合到内爆壳层。一旦通过宽带激光技术或激光波长失谐缓解横光束能量转移 (CBET)，LDD 中激光与目标的耦合可以进一步增强约 2 倍。LDD 依赖于低 Z 烧蚀材料/等离子体（如聚苯乙烯、铍、碳等）对激光能量的吸收。日冕等离子体中吸收的激光能量主要通过电子热传导传输到烧蚀前沿。该过程的效率被称为内爆的“水效率”，即激光吸收和火箭效率的乘积。内爆舱的动能越大，点火裕度越大，IFE 目标的增益越高。三件事对于通过 LDD 方案实现 IFE 的成功至关重要：(1)。使大部分激光能量被日冕中的烧蚀等离子体吸收；（2）获得最佳的水效率，将尽可能多的激光能量与内爆胶囊的动能耦合，从而提供高烧蚀压力以加速壳体；（3）提高烧蚀速度以稳定瑞利-泰勒不稳定性增长，从而提高胶囊的完整性。有几种研究方向可以实现上述目标。宽带激光等先进激光技术可以解决吸收增加和印记减少等问题 [2]。一种补充途径是目标解决方案，即通过设计和制造先进的烧蚀材料来提供上述成功实现高增益 IFE 目标设计的关键因素。目标解决方案可以解决印记减少和 RT 等问题
2021 年全球核聚变行业
有些公司我们会错过，因为我们还不了解它们，或者它们拒绝参与。这项调查应被视为时间的快照；是对 2021 年第二季度进行调查时行业的概览。逐年重复这项活动将使我们能够看到情况的发展。许多私营聚变公司都是聚变工业协会的成员，但这不是报告的要求，我们在调查中也没有对会员和非会员区别对待。会员资格在公司页面上以 FIA 会员徽章标记。成为 FIA 会员要求公司制定聚变商业化计划，展示私人投资以支持其使命，并缴纳会费。在聚变行业中发挥支持作用的公司可以作为附属会员加入，但这些行业更广泛的公司不是本报告的主题。
聚变能源的潜在早期市场
摘要 我们分析并综合了许多相关的近期研究和报告，研究了核聚变能源的潜在早期市场及其预计的成本目标。为了向那些希望在 2040 年前实现商业部署的雄心勃勃的核聚变开发商提供指导，我们根据当今的市场价格研究了核聚变发电、工艺用热和制氢的成本要求，但根据 2035 年的可能情景做出了各种调整，例如“一切照旧”、可再生能源渗透率高以及碳定价高达 100 美元/吨二氧化碳。关键发现是，核聚变开发商应考虑最初关注高价的全球电力市场，并考虑根据技术经济因素包括综合热存储，以最大化收入并在可再生能源渗透率高的市场中竞争。工艺用热和制氢将是核聚变的早期艰难市场，但随着市场的发展以及核聚变的平准化电力成本降至 50 美元/兆瓦时以下，核聚变可能会打开大门。最后，我们讨论了核聚变工厂通过热电联产（例如海水淡化、直接空气捕获或区域供热）增加收入和降低资本成本（例如通过最大限度地减少建设时间和利息或改造燃煤电厂）的潜在方法。
先进聚变中子源的概念设计（A...
我们已经建立了先进聚变中子源 (A-FNS) 的概念设计。为了获得聚变 DEMO DT 反应堆合格材料所需的辐照数据，我们新设计了九个测试模块 (TM) 以在 A-FNS 中实施。测试模块的设计基于一种新的独特维护方案：“与屏蔽塞集成的水平维护方法”。测试模块中 F82H 样品的目标 dpa 在运行可用率为 50% 的运行期间约为 10dpa/fpy。我们确定了测试单元中 TM 的配置，以实现每个测试模块所需的辐照数据。我们对锂靶系统的氚迁移进行了初步估计。发现需要 10 5 m 3 /h 的连续通风和几个容积为 30 m 3 的排水箱来排放每周的废水。 A-FNS 的设计目的是使产生的大量中子不仅可用于聚变材料辐照，还可用于各种非聚变用途。我们新设计了一个模块，用于生产大量用于医疗用途的 99 Mo。这种非聚变用途的模块可以安装在测试单元中，并兼容聚变材料辐照测试。
为未来聚变和等离子体提供动力
本报告为聚变能和等离子体科学领域提供了十年愿景，并指明了一条通往新科学发现、工业应用以及最终实现聚变能的光明未来的道路。我们确定了关键的研究和开发领域，并优先考虑投资以最大限度地发挥影响力。研究界花了一年多的时间开发了大量的创意，旨在加速聚变能和等离子体科学的发展。最终，我们达成了共识，即《社区规划流程报告》。我们的工作主要基于该报告，我们对同事们的努力表示诚挚的感谢。在研究界的领导下，我们通过共识编写了本报告。我们听取了许多想法，并经过深思熟虑，直到就每个问题达成了共识。这一过程使我们能够讨论和欣赏不同的观点，并达成共识。最终，我们齐心协力，传达了一个充满活力的计划的愿景，该计划将为社会带来重大利益。
2021 年 1 月 26 日关于制定聚变能源系统监管框架的虚拟公开会议幻灯片
• 2020 年 11 月 2 日，工作人员提交了一份委员会备忘录，响应 SRM 指示，提供一份包括里程碑和资源的时间表，以便在 2024 年 10 月之前完成最终规则（ADAMS ML20288A251）。 • 继续进行互动，例如 2020 年 10 月的公众论坛和定于 2021 年 1 月 26 日举行的 NRC 公开会议 • 评估各种聚变技术可能的商业部署所带来的潜在风险以及商业聚变设施的可能监管方法 • 正在开发先进反应堆的监管框架（第 53 部分），以尽可能适应聚变技术，为未来保持灵活性 • 可能会建议为聚变设施制定单独的规则，这些规则将延续到 2024 年以后，但在 2027 年之前完成。
对 PILATUS3 CdTe 探测器进行多能量校准，用于磁约束聚变等离子体的硬 x 射线测量
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。
1 NASA GRC 主办格子约束聚变虚拟...
自 2014 年以来，先进能源转换 (AEC) 项目研究了在晶格中紧密吸收大量氘燃料的材料中的新型核反应。这些实验最终导致了轫致辐射活动，该活动反复在氘化金属中诱发核反应。根据项目期间开发的理论，金属晶格的负电子屏蔽带正电的氘核，以克服静电屏障，实现由光中子引发的核聚变。这一发现为科学界引发聚变反应开辟了一条新道路，并可能为 NASA 带来深空能源。著名期刊《物理评论 C》(PRC) 在其 2020 年 4 月刊上发表了实验观察结果和基础理论。后续虚拟研讨会于 2020 年 5 月 21 日举行，使用 Webex 平台展示期刊论文，并让 NASA 专家小组评估研究及其应用。
使用氟化氩激光直接驱动，以亚兆焦耳激光能量实现高聚变增益
氟化氩 (ArF) 是目前波长最短的激光器，能够可靠地扩展到高增益惯性聚变所需的能量和功率。ArF 的深紫外光和提供比其他当代惯性约束聚变 (ICF) 激光驱动器更宽带宽的能力将大大提高激光目标耦合效率，并使驱动内爆的压力大大提高。我们的辐射流体动力学模拟表明，使用亚兆焦耳 ArF 驱动器可以获得大于 100 的增益。我们的激光动力学模拟表明，电子束泵浦 ArF 激光器的固有效率可以超过 16%，而效率第二高的氟化氪准分子激光器的固有效率约为 12%。我们预计，使用固态脉冲功率和高效电子束传输到激光气体（美国海军研究实验室的 Electra 设施已进行了演示），将 ArF 光传输到目标的“电插式”效率至少应达到 10%。这些优势可以推动开发尺寸适中、成本较低的聚变发电厂模块。这将彻底改变目前对惯性聚变能源过于昂贵和发电厂规模过大的看法。本文是讨论会议主题“高增益惯性聚变能源前景（第 1 部分）”的一部分。