EFS 的非中子聚变反应堆项目

Electric Fusion Systems （EFS） 最近展示了其实验室成功的非中子聚变实验，该实验涉及一种新的无辐射能源技术，该技术仅释放极少量的危险中子。实验是通过涉及锂+质子，氦+能量输出产品来进行的。

在接受 EE Times/Power Electronics News 采访时，EFS 的联合创始人 Ken E. Kopp 和 Ryan S. Wood 透露，他们的发明仍处于专利阶段，可以以安全和可持续的方式产生聚变链反应，并解释说他们的轻元素电聚变 （LEEF） 反应器是微型的，以适应广泛的应用。它没有临界质量，可以在任何工厂生产。该技术还显示出安全优势，因为它没有令人担忧的特殊核材料，也没有高放射性废物。这些值得注意的功能允许减少可能采用的设计、许可、建造和安全成本。

两位联合创始人还表示：“我们为自己设定了目标，不仅要向科学界展示和验证技术，还要将知识产权授权给战略行业，以加速全球采用”。

非中子聚变是通过中子探测、伽马光谱和光学等一系列涉及聚变反应的测量来进行的。正如在光谱中所观察到的那样，致密的等离子体会引发质子-锂聚变反应（图 1 和图 2）。

图 1：实验显示了聚变反应，通过中子仪器、伽马射线和光谱数据证实。产生氦气。（来源：EFS）

图 2：等离子（来源：EFS）

非中子融合

迄今为止， 核聚变 实验主要涉及氘（一个质子和一个中子）和氚（一个质子和两个中子），它们是氢的同位素。这些元素在反应速率的基础上显示出优势，但它们的反应会产生强烈的高能中子流，这会暴露于放射性风险：反应堆必须被混凝土屏蔽包围以遏制损坏。

对低能辐射的需求推动了对激光技术、激光等离子体相互作用和激光加速粒子束的深入研究。这样的研究导致了产生较少高能辐射的非中子核反应。

但什么是质子？质子是一个失去电子的氢原子；锂 （Li） 是一种轻质非放射性元素，用于 锂离子电池 和许多其他工业应用。EFS 认为锂-质子聚变反应是最好的选择，因为它不会产生中子或辐射，它是清洁的并且提供高能量输出。

图 3：聚变能量增益系数（来源：EFS）

EFS聚变反应堆

EFS 的解决方案涉及循环感应过程，以将聚变链反应的能量作为电弧加以利用。这通过等离子体燃料，导致直接转化为电能。系统的效率由等离子体的密度决定。这种“融合等离子体变压器”强烈依赖于超密度燃料。

该公司认为，这种解决方案将大大降低电力成本。两位发言人提到“在美国，成本约为每兆瓦时 100 美元（或每千瓦时 10 美分），而新清洁技术的出现可以降低此类成本”。他们补充说：“我们的原型技术是一种非中子聚变反应堆，能够提供数十千瓦的功率，但可扩展到兆瓦。等离子变压器将抗磁压力转化为电能的效率约为 90%。”

图 4：轻元素电聚变 （LEEF） 循环（来源：EFS）

图 5：性能测试原型（来源：EFS）

EFS 燃料在超临界流体状态下运行。离子温度为 MeV 量级，导致在每个聚变循环中产生显着的链式反应。该过程是循环的（100-1000 赫兹），并且在每个周期通过磁感应提取聚变能量（图 4 和 5）。

当聚变反应以链式反应状态发生时，它们会产生带电粒子的爆炸，这些粒子与反应堆的振荡磁场电磁耦合，随后将其转化为电能。基本上，它是一个以聚变等离子体为核心的增益变压器。“这使我们能够使用高效的电力电子设备来收集 EMF，然后将其作为开关电源进行调节。因此，直接输出转换可以是例如 800 VDC 或 35 kV AC，”发言人说。

他们补充说：“我们有一个电弧穿过这些电极，并随着聚变反应而扩展，然后产生我们在等离子体核心变压器中捕获的磁压力和电磁力。并且这些可以在工业上大规模开发，取代普通的变压器。然后，一旦您将能量放入线圈，您就可以使用典型的功率转换电子设备将功率提升到任何 AC 或 DC 电压和频率，同时您需要一些控制电子设备来调节反应。本质上，我们正在做的是利用聚变等离子体的性质直接耦合到磁场并将能量（电磁力）转移到周围的电感线圈中。因此，我们有一个通过燃烧锂来驱动的增益磁芯变压器，这确实是我们产生的能量的来源。” 这是直接的热融合——E=Mc2 。

审核编辑：彭静