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核聚变是一个极其复杂的科学问题 ， 全球的研究人员正从各个角度来研究这个问题 ， 而 Zap Energy 公司正开始通过一种不太为人所知的方法来引起轰动 。 这家总部位于西雅图的初创公司在其 Z-pinch 核聚变技术方面实现了一个重要里程碑 ， 现在正致力于通过模块化、车库大小的反应堆使其成为商业现实 ， 未来这些反应堆可以通过扩大规模 ， 将这种实验形式的能源引入电网.
上图：Zap Energy 团队刚刚完成了 1.6 亿美元的 C 轮融资 。
核聚变研究旨在重现太阳内部的过程 ， 强烈的热量和压力的结合产生等离子体 ， 原子核在等离子体中融合在一起释放能量 。 这一领域的大部分工作都集中在利用极其复杂的磁场 ， 将这些等离子体流悬浮在形状像甜甜圈或扭曲线圈的反应堆内 ， 这将是ITER的游戏名称 ， ITER是世界上最大的核聚变反应堆 ， 将于本十年晚些时候开始运行 。
Z-pinch 核聚变技术提出了一条截然不同的前进道路 ， 但最终可能会被证明成本更低、效率更高 。 这是因为 Z-pinch 系统依赖于等离子体内部产生的电磁场 ， 而不是昂贵的复杂磁线圈网和屏蔽材料来保护它们 。 这将等离子体固定在一个相对较短的柱内 ， 并“挤压”它 ， 直到它变得足够热和致密 ， 从而发生核聚变 。
上图：Z-pinch 核聚变反应堆将其等离子体固定在一个相对较短的柱内 。
2019年 ， 华盛顿大学的一组科学家提出了一种解决不稳定问题的方案 ， 自20世纪50年代 Z-pinch 技术诞生以来 ， 这些问题一直困扰着该技术 。 利用流体动力学中的剪切轴流 ， 该团队展示了一种平滑等离子流的方法 ， 以防止在历史上导致等离子流坍塌的凸起和扭曲 。
与此同时 ， 该研究的作者之一乌里·舒姆拉克（Uri Shumlak）一直在寻求利用这种剪切轴流技术 ， 使 Z-pinch 聚变技术成为现实 ， 他在2017年与人共同创立了Zap Energy 公司 。 上周 ， 该装置实现了其发展历程中的一个重要里程碑 ， 在其名为 FIZE-Q 的原型反应堆中创造了第一个等离子体 。
作为 Zap Energy 公司的首席科学官 ， 乌里·舒姆拉克说：“Z-pinch 一直是一种很有吸引力的实现核聚变的方法 ， 但多年来 ， 研究人员认为 Z-pinch 的等离子体不稳定性是一个不可克服的挑战 。 我们已经通过模拟和实验表明 ， 剪切流可以稳定聚变等离子体 ， 而且这种稳定性应该扩展到商业上可行的规模 。 自从这项技术走出实验室以来 ， Zap Energy团队取得了快速的进步 ， 特别是随着最近团队和投资的增长 。 ”
上图：Zap Energy 进行的聚变实验 。
该团队此前展示了电流为 500千安培（KA）的等离子体 ， 这是其之前的原型反应堆可以处理的最高电流 。 但是电流越大 ， 等离子体就变得越热、越致密 ， 考虑到这一点 ， 下一代 FIZE-Q 的设计可以容纳650千安培的电流 。 该团队的科学模型表明 ， 在这一点上 ， 盈亏平衡将发生 ， 从设备出来的能量将大于运行它所需的能量 ， 称为Q=1 。
Zap Energy 公司首席技术官表示：“FuZE-Q 是我们制造的第四代 Z-pinch 设备 ， 无疑也是最雄心勃勃的 。 我们将其设计为多功能、弹性和可调节的 ， 这对于我们提高电流、温度和密度至关重要 。 ”
Zap Energy 团队刚刚完成了1.6亿美元的C轮融资 ， 这将进一步推动其聚变能源进入市场 。 不像其他方法那样需要昂贵的磁铁或高功率激光器 ， 该公司设想通过大规模制造小到可以放进车库的反应堆来实现这一目标 。 这些模块化设备可以用于为偏远社区提供电力 ， 也可以组合并扩大规模 ， 为整个城市提供能源 。
上图：Zap Energy 希望通过模块化、车库大小的反应堆将聚变能源推向市场 。
Zap Energy 公司总裁表示：“要成为一种实用的能源 ， 我们需要远远超过Q=1 ， 但如果你想让核聚变及时接入电网 ， 对地球产生影响 ， 那么在一个小型、廉价的平台上快速迭代的能力绝对是至关重要的 。 与其他方法相比 ， 我们可以以更快的速度设计、建造和测试系统 ， 同时我们也在研究我们需要的技术 ， 以实现收支平衡 。 ”
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