核聚变能源:试验中的增殖毯和分流技术

目前，对DEMO的工程研究主要针对两个对发电聚变反应堆非常重要的子系统:转向器，聚变等离子体与容器接触的地方，以及覆盖层，产生用于聚变燃料的氚并容纳冷却电路。

目前正在考虑三种转向技术。这些被称为雪花、液态金属和SUPER-X废气。

与JET和WEST等托卡马克中使用的分流器相比，雪花和SUPER-X排气将等离子体的影响扩散到更广的区域，后者构成了正在为ITER制造的设计的基础。被称为修正线圈的磁铁环绕在反应堆容器的底部，使等离子体与沟槽状组件的两侧接触。能量负荷是巨大的:每平方米超过10兆瓦，比重返地球大气层的宇宙飞船还要高。

在雪花型分流器中，不同排列的修正线圈将等离子体塑造成雪花状，在几个点上与更宽的分流器接触，因此每个分流器都比沟槽型分流器承受更小的热负荷。Eurofusion公司的Tony Donné解释说，这将减少分流器部分的磨损，并延长其使用寿命，同时也降低了从分流器上刮下的颗粒污染等离子体的风险。由于每个分流器段都是由大型固体钨锻件制成，这将降低反应堆的运行成本，也使维护更加简单。

雪花转移剂最初是在加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室进行研究的。这些实验证实，热负荷降低了，等离子体被等离子体撞击刮走的粒子污染减少了，而“约束”——挤压等离子体以增加其密度并增加聚变事件的概率——不受影响。计划在今后几年内在捷克共和国升级一个试验性托卡马克之后，对一个demo大小的反应堆容器进行进一步的雪花转向器实验。

SUPER-X排气类似地利用磁场将冲击等离子体扩散到转向器上，但它并没有改变冲击区形状，而是增加了等离子体撞击转向器的路径长度。它就像水从锥形排水管中螺旋而下。在Culham进行的MAST升级将包括安装修正线圈，这将允许创建不同配置的等离子排气，SUPER-X是其中一个将被测试的。升级预计将于明年完成，可重构分流器的测试将于2020年开始，预计将使用氘-氚等离子体进行一系列JET实验，这可能会打破目前的q因子记录。

液态金属的概念略有不同。等离子体被引导到流动的熔化金属“河流”中。这意味着等离子体撞击造成的任何损伤都将立即愈合。

这是捷克科学院和原子能机构在维也纳的研究机构提出的一个新概念，但尚未得到检验。研究人员认为，锂、锡和镓可能是液态金属的组成部分，浸入电极将吸引等离子体进入液体，远离固体表面。意大利计划设计一个托卡马克来测试这项技术，但资金尚未确定(在EUROfusion的最后一次审查中，资金被推迟到下一个十年的中期)。

毛毯技术的设计比分流技术的设计更先进。四项候选技术正在ITER内进行测试:两项在欧洲，一项在中国，一项在印度。所有的技术都采用了不同的方法。物理学是不可知论的:锂的形态并不重要;中子只要能与锂原子发生碰撞，就会转化为氚原子。

所有候选行星都使用氦作为冷却剂。这两项欧洲技术中的一项使用了锂和铅的液态共晶合金，而另一项使用了由一种陶瓷制成的“鹅卵石”，这种陶瓷含有锂和一种含有铍和钛的化合物:铍很有用，因为它具有倍增中子的特性。

中国的候选技术也是使用固体鹅卵石的氦冷却系统，但模块将包含两个不同的卵石层，一个含有硅酸锂，另一个含有富含铍的陶瓷。这项技术也可能在计划中的中国实验托卡马克中进行测试，中国聚变工程试验反应堆(CFETR)通常被聚变界描述为“类似演示”的配置，目前计划在2020年代建造。

印度的这项技术被称为锂铅陶瓷增殖器，它同时使用了锂铅液体共晶和含锂陶瓷:液态金属冷却氚繁殖区，氦冷却毯式模块的等离子体面壁。这项技术最初是与俄罗斯研究人员合作开发的，据信具有较高的氚繁殖比，并能够实现高效的热电转换。

增殖毯概念目前预计将在ITER实验计划的相当晚的时候进行测试，甚至可能在21世纪20年代末或30年代初。

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