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Spectrum仪器公司数字化仪应用取得新突破

核聚变一直被视为能源生产的终极目标。太阳核心反应源于氢和氦原子结合时释放出的能量。由于海水中的原子取之不尽且无废料产生,科学家已经花费数十亿美元用于核聚变研究。然而,在地球上重现这种超高温高压的环境绝非易事。一家名为First Light Fusion (FLF)的英国公司开创了核聚变新方式,预计在2024年实现能量增益,即聚变反应产生的能量超过维持聚变反应所需的能量。为了满足核聚变所需条件,FLF进行了“子弹”发射测试并以超高速度对准一个目标。为了达到非常苛刻的精准度要求,FLF选择了Spectrum仪器的32个数字化仪用于结果监测。

 由192个电容器所组成的真空室

上图作为电磁发射中的子弹,由6组电容器组成。这些电容器呈放射状排列并被置于中央真空实验室周围。这些电容器一分钟可充电20万伏特,存储电能排放不到2微秒并产生高达1400万安培的电流用以产生强大的磁场。磁场发射子弹的速度能达到每秒20公里,产生200KJ动能。FLF去年进行了三个分支的子弹发射测试,今年将成功扩展至6分支并投入实验阶段。每次放电需使用2.5MJ,相当于同时发生500次雷击。公司迄今所取得的进展使FLF有信心在2024年以前实现聚变增益,这堪称行业奇迹。

Spectrum仪器的32个256通道系统的数字化仪被内置于两个Netbox内

FLF脉冲功率总监Paul Holligan解释说:“为了实现聚变增益,我们的做法与行业非常不同。我们没有使用搭建过程复杂且价格昂贵的激光或强磁场。通过选择脉冲功率作为驱动技术,极大的降低了我们的成本并简化了搭建的复杂性。实际操作中,我们面临的挑战就是如何设计和完善目标。为此,我们建立了独特的IP,并进一步开发我们的模拟和建模能力。这也标志着我们的科研进入了新的阶段。除此之外,一种搭建简单且成本较低的清洁能源生产方法已经指日可待。我们工作的驱动力就是为子孙提供一个更加美好的地球。”

产品设计中所面临的挑战之一是确保六个分支同步射击的速度必须精确到纳秒。电能存储在192个成对排列的电容器中,96对电容器的每一对都由一个定制的开关控制,用以阻挡电压并传输巨大电流。子弹发射后,Spectrum仪器的M2i.4912数字化仪卡用于获取每个电容器和开关上获取数百个诊断信息,并在支路上安装许多探头,方便读取电流和电压。32张数字化仪卡通过Spectrum的Star-Hub被连接在两侧,确保256个输入通道的同步。未来如需增添更多通道,此配置提供了更多的灵活性。

Paul Holligan 补充道:“Spectrum仪器所提供的同步功能是我们选择他们的一个关键原因。一切实验都发生在纳秒级,对发射和数据收集的精准度把控至关重要。每次发射都为我们提供了宝贵的数据,我们务必要选择一款可靠的设备。通过行业的多家对比,Spectrum仪器不仅注重细节,还从产品设计上给予了我们极大的发挥空间。配以极具竞争力的产品价格,使Spectrum仪器毫无疑问的成为了我们的首选。”

进行实验的真空实验室

FLF的创始人之一受到了手枪虾的启发。这种虾通过敲击的方式在水中敲出一个洞。当它们内爆形成等离子体时,这个洞就会变热从而产生冲击波并把猎物击晕。FLF正是利用这一点来取缔巨大的包容机制的复杂性,通过专注于管理内爆现象来创造与恒星核心温度和压力相匹配的温度和压力,从而产生聚变。惯性约束意味着等离子体是由自身的惯性而不是磁场或激光维系在一起的,而磁场和激光都需要大量的能量来维持,这使得聚变增益更难实现。FLF系统只需要一小部分能量来运作,显著且有效地降低了聚变增益需要达到的能量产生阈值。

责任编辑:徐恒


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