摘要：联邦聚变系统公司 (CFS) 正在开发一种名为 SPARC 的托卡马克装置。该公司旨在首次在可扩大到商业发电厂规模的设备中展示产生大于输入功率的输出功率这一关键聚变能里程碑。然而，这一成就只有在等离子体不熔化设备的情况下才有可能实现。

联邦聚变系统公司 (CFS) 正在开发一种名为 SPARC 的托卡马克装置。该公司旨在首次在可扩大到商业发电厂规模的设备中展示产生大于输入功率的输出功率这一关键聚变能里程碑。然而，这一成就只有在等离子体不熔化设备的情况下才有可能实现。

CFS 和橡树岭国家实验室 (ORNL) 的研究人员通过一系列项目合作开展聚变边界研究，包括 ORNL 战略合作伙伴项目和实验室指导的研究与开发项目、聚变能源创新网络 (INFUSE) 下的工作以及与通用原子公司合作的其他工作。

通过此次合作，ORNL 开发出了解决 SPARC托卡马克关键且时间敏感的设计问题所需的模拟能力。

该研究发表在《核聚变》杂志上，评估了执行器的配置，特别是用于控制中性气体进出托卡马克的配置。

产生能量的聚变等离子体中心的温度必须高于太阳核心。同时，等离子体边缘的温度必须足够低，以免聚变装置蒸发。

新的研究发现，在聚变装置底部使用百叶窗（就像家里的通风管道上的百叶窗一样）可以创造局部条件，降低边缘等离子体的温度。具体来说，百叶窗可以让热等离子体“脱离”装置壁，从而散发热量。

为了预测执行器控制等离子体的能力，ORNL开发了新方法，以动态、时间相关的方式运行主要模拟代码SOLPS-ITER，重点关注执行器设计。

SOLPS-ITER 代码模拟了聚变装置边界区域的等离子体和中性传输，并已用于设计许多托卡马克的面向等离子体的组件，包括法国正在建造的跨国 ITER 装置。

这种新的动态模拟能力超越了标准的稳态模型，并且是分阶段开发的，首先仅考虑等离子体传输的预测控制，然后考虑中性粒子对百叶窗执行器的响应，最后考虑完全耦合的动态模型。

CFS 团队随后利用这些信息从大量候选方案中挑选出最简单、最便宜的执行器和诊断方案。这项工作使聚变能科学家能够更好地控制托卡马克装置。

这项研究的结果展示了处理这种极端高温的新方法，使研究人员距离聚变能源更近了一步。这项研究使用了一种新的模拟功能，推动了整个设备建模的工作，并帮助研究人员了解控制 SPARC 等离子体的系统。

除了 SPARC 托卡马克之外，CFS 还在规划其继任者 ARC 发电厂，以便将电力输送到电网。

来源：周瑞简说科学