杜倫大學的科學家完成了國際熱核聚變實驗堆(ITER)的大規模質量驗證計劃。ITER是世界上最大的旨在證明核聚變作為主要清潔能源可行性的項目,該過程借鑒太陽和恒星的能量,為人類提供幾乎無限的能源潛力。
杜倫大學的研究工作始于2011年,對5500多根將用于法國南部正在建造的反應堆核心的超導導線樣本進行了詳細分析。達勒姆團隊對這些由鈮錫(Nb3Sn)和鈮鈦(Nb-Ti)化合物制成的先進導線進行了約13000次獨立測量。這些材料將用于制造強大磁體,形成磁籠以限制溫度超過1.5億攝氏度(3.02億華氏度)的等離子體。
這一進展正值全球核聚變研究勢頭強勁之時。ITER由35個國家合作開展,旨在驗證工業規模的核聚變。研究人員稱,微軟已簽署協議,將于2028年從Helion計劃中的聚變工廠購買電力,谷歌已預訂2030年代從Commonwealth Fusion Systems獲得的200兆瓦聚變電力。與此同時,英國政府已投入25億英鎊用于核聚變研究,并在諾丁漢郡一處前煤礦場建造自己的原型工廠STEP。
驗證過程需要細致準備,包括在超過650°C (1202°F)的熔爐中對易碎的Nb3Sn材料進行熱處理,以賦予其超導性能。這些導線必須可靠承載巨大電流,同時承受反應堆內極端機械力。
這項發表在同行評審期刊《超導科學與技術》上的廣泛研究有一項重要發現,即建立了一種可靠的質量控制統計方法。Nb3Sn導線的挑戰在于,使其具有超導性的熱處理也使其不適合重復測試。達勒姆研究小組證明,通過在不同實驗室測量相同制造長度的相鄰股線,可實現一致、準確的質量評估。該方法提供了實用且經濟高效的重復測量替代方案,確保了全球供應鏈的制造一致性和實驗室準確性。
領導這項研究的杜倫大學教授達米安·漢普郡 (Damian Hampshire) 表示:“英國在使用超導磁體制造MRI人體掃描儀方面處于世界領先地位。問題是,我們能否幫助引領世界利用超導磁體實現聚變發電的商業化?”ITER項目的成功從根本上取決于目前在達勒姆驗證的超導股線的質量。海量數據集和經過驗證的測試方法為該項目建設提供了重要基準,并為全球科學家提供了可用于推進未來聚變技術的開放資源。
另外,ITER項目最近完成了一個關鍵部件歷時20個月的修復工作。其8號段——ITER聚變反應堆的440噸真空容器部件——現已重新投入裝配工裝。