核聚變提供無限清潔能源，Spectrum儀器數(shù)字化儀應(yīng)用新突破

——僅需2微秒即可控制2.5MJ的核聚變溫度

核聚變一直被視為能源生產(chǎn)的終極目標(biāo)。太陽核心反應(yīng)源于氫和氦原子結(jié)合時(shí)釋放出的能量。由于海水中的原子取之不盡且無廢料產(chǎn)生，科學(xué)家已經(jīng)花費(fèi)數(shù)十億美元用于核聚變研究。然而，在地球上重現(xiàn)這種超高溫高壓的環(huán)境絕非易事。一家名為First Light Fusion (FLF)的英國公司開創(chuàng)了核聚變新方式，預(yù)計(jì)在2024年實(shí)現(xiàn)能量增益，即聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過維持聚變反應(yīng)所需的能量。為了滿足核聚變所需條件，F(xiàn)LF進(jìn)行了“子彈”發(fā)射測試并以超高速度對準(zhǔn)一個目標(biāo)。為了達(dá)到非?？量痰木珳?zhǔn)度要求，F(xiàn)LF選擇了Spectrum儀器的32個數(shù)字化儀用于結(jié)果監(jiān)測。

機(jī)器3: 由192個電容器所組成的真空室

機(jī)器3作為電磁發(fā)射中的子彈，由6組電容器組成。這些電容器呈放射狀排列并被置于中央真空實(shí)驗(yàn)室周圍。這些電容器一分鐘可充電20萬伏特，存儲電能排放不到2微秒并產(chǎn)生高達(dá)1400萬安培的電流用以產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場。磁場發(fā)射子彈的速度能達(dá)到每秒20公里，產(chǎn)生200KJ動能。FLF去年進(jìn)行了三個分支的子彈發(fā)射測試，今年將成功擴(kuò)展至6分支并投入實(shí)驗(yàn)階段。每次放電需使用2.5MJ，相當(dāng)于同時(shí)發(fā)生500次雷擊。公司迄今所取得的進(jìn)展使FLF有信心在2024年以前實(shí)現(xiàn)聚變增益，這堪稱行業(yè)奇跡。

Spectrum儀器的32個256通道系統(tǒng)的數(shù)字化儀被內(nèi)置于兩個Netbox內(nèi)

FLF脈沖功率總監(jiān)Paul Holligan解釋說:“為了實(shí)現(xiàn)聚變增益，我們的做法與行業(yè)非常不同。我們沒有使用搭建過程復(fù)雜且價(jià)格昂貴的激光或強(qiáng)磁場。通過選擇脈沖功率作為驅(qū)動技術(shù)，極大的降低了我們的成本并簡化了搭建的復(fù)雜性。實(shí)際操作中，我們面臨的挑戰(zhàn)就是如何設(shè)計(jì)和完善目標(biāo)。為此，我們建立了獨(dú)特的IP，并進(jìn)一步開發(fā)我們的模擬和建模能力。這也標(biāo)志著我們的科研進(jìn)入了新的階段。除此之外，一種搭建簡單且成本較低的清潔能源生產(chǎn)方法已經(jīng)指日可待。我們工作的驅(qū)動力就是為子孫提供一個更加美好的地球。”

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所面臨的挑戰(zhàn)之一是確保六個分支同步射擊的速度必須精確到納秒。電能存儲在192個成對排列的電容器中，96對電容器的每一對都由一個定制的開關(guān)控制，用以阻擋電壓并傳輸巨大電流。子彈發(fā)射后，Spectrum儀器的M2i.4912數(shù)字化儀卡用于獲取每個電容器和開關(guān)上獲取數(shù)百個診斷信息，并在支路上安裝許多探頭，方便讀取電流和電壓。32張數(shù)字化儀卡通過Spectrum的Star-Hub被連接在兩側(cè)，確保256個輸入通道的同步。未來如需增添更多通道，此配置提供了更多的靈活性。

Paul Holligan 補(bǔ)充道：“Spectrum儀器所提供的同步功能是我們選擇他們的一個關(guān)鍵原因。一切實(shí)驗(yàn)都發(fā)生在納秒級，對發(fā)射和數(shù)據(jù)收集的精準(zhǔn)度把控至關(guān)重要。每次發(fā)射都為我們提供了寶貴的數(shù)據(jù)，我們務(wù)必要選擇一款可靠的設(shè)備。通過行業(yè)的多家對比，Spectrum儀器不僅注重細(xì)節(jié)，還從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上給予了我們極大的發(fā)揮空間。配以極具競爭力的產(chǎn)品價(jià)格，使Spectrum儀器毫無疑問的成為了我們的首選。”

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的真空實(shí)驗(yàn)室

FLF的創(chuàng)始人之一受到了手槍蝦的啟發(fā)。這種蝦通過敲擊的方式在水中敲出一個洞。當(dāng)它們內(nèi)爆形成等離子體時(shí)，這個洞就會變熱從而產(chǎn)生沖擊波并把獵物擊暈。FLF正是利用這一點(diǎn)來取締巨大的包容機(jī)制的復(fù)雜性，通過專注于管理內(nèi)爆現(xiàn)象來創(chuàng)造與恒星核心溫度和壓力相匹配的溫度和壓力，從而產(chǎn)生聚變。慣性約束意味著等離子體是由自身的慣性而不是磁場或激光維系在一起的，而磁場和激光都需要大量的能量來維持，這使得聚變增益更難實(shí)現(xiàn)。FLF系統(tǒng)只需要一小部分能量來運(yùn)作，顯著且有效地降低了聚變增益需要達(dá)到的能量產(chǎn)生閾值。

關(guān)于 First Light Fusion

First Light Fusion是由倫敦大學(xué)學(xué)院機(jī)械工程系主任Yiannis Ventikos教授和牛津大學(xué)瑪格麗特夫人學(xué)堂前任工程學(xué)講師Nicholas Hawker博士共同創(chuàng)立。該公司自2011年7月從牛津大學(xué)剝離，并從IP Group、Parkwalk Advisors以及個人投資者處獲得種子資本。而后，又獲得了景順及OSI提供的后續(xù)基金。公司的業(yè)務(wù)已經(jīng)從一個重點(diǎn)大學(xué)的科研項(xiàng)目發(fā)展成為一家成熟的公司。目前，公司不僅為核聚變運(yùn)作進(jìn)行了切實(shí)可行的戰(zhàn)略部署，還將其發(fā)展成為可持續(xù)的商業(yè)模式。該團(tuán)隊(duì)由科學(xué)和工程領(lǐng)域的專家，以及擁有豐富管理經(jīng)驗(yàn)的資深人士組成。憑借在人才方面的優(yōu)勢，公司在未來數(shù)十年的發(fā)展道路將一片光明。

關(guān)于Spectrum儀器

Spectrum儀器成立于1989年，通過模塊化設(shè)計(jì)開發(fā)了500余款數(shù)字化儀及發(fā)生器產(chǎn)品，其中包括PC卡(PCIe和PXIe)，以及獨(dú)立的以太網(wǎng)單元(LXI)。過去30年間，Spectrum獲得了業(yè)內(nèi)的廣泛好評，旗下產(chǎn)品被用于眾多行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)及一流大學(xué)。公司總部位于德國漢堡附近的漢斯多爾夫，憑借卓越的技術(shù)支持與客戶響應(yīng)速度享譽(yù)全球。