核聚變一直被視為能源生產(chǎn)的終極目標(biāo)。太陽(yáng)核心反應(yīng)源于氫和氦原子結(jié)合時(shí)釋放出的能量。由于海水中的原子取之不盡且無(wú)廢料產(chǎn)生，科學(xué)家已經(jīng)花費(fèi)數(shù)十億美元用于核聚變研究。然而，在地球上重現(xiàn)這種超高溫高壓的環(huán)境絕非易事。一家名為first light fusion (flf)的英國(guó)公司開(kāi)創(chuàng)了核聚變新方式，預(yù)計(jì)在2024年實(shí)現(xiàn)能量增益，即聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過(guò)維持聚變反應(yīng)所需的能量。為了滿足核聚變所需條件，flf進(jìn)行了“子彈”發(fā)射測(cè)試并以超高速度對(duì)準(zhǔn)一個(gè)目標(biāo)。為了達(dá)到非?？量痰木珳?zhǔn)度要求，flf選擇了spectrum儀器的32個(gè)數(shù)字化儀用于結(jié)果監(jiān)測(cè)。

由192個(gè)電容器所組成的真空室

上圖作為電磁發(fā)射中的子彈，由6組電容器組成。這些電容器呈放射狀排列并被置于中央真空實(shí)驗(yàn)室周圍。這些電容器一分鐘可充電20萬(wàn)伏特，存儲(chǔ)電能排放不到2微秒并產(chǎn)生高達(dá)1400萬(wàn)安培的電流用以產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)發(fā)射子彈的速度能達(dá)到每秒20公里，產(chǎn)生200kj動(dòng)能。flf去年進(jìn)行了三個(gè)分支的子彈發(fā)射測(cè)試，今年將成功擴(kuò)展至6分支并投入實(shí)驗(yàn)階段。每次放電需使用2.5mj，相當(dāng)于同時(shí)發(fā)生500次雷擊。公司迄今所取得的進(jìn)展使flf有信心在2024年以前實(shí)現(xiàn)聚變?cè)鲆妫@堪稱行業(yè)奇跡。

spectrum儀器的32個(gè)256通道系統(tǒng)的數(shù)字化儀被內(nèi)置于兩個(gè)netbox內(nèi)

flf脈沖功率總監(jiān)paul holligan解釋說(shuō):“為了實(shí)現(xiàn)聚變?cè)鲆?，我們的做法與行業(yè)非常不同。我們沒(méi)有使用搭建過(guò)程復(fù)雜且價(jià)格昂貴的激光或強(qiáng)磁場(chǎng)。通過(guò)選擇脈沖功率作為驅(qū)動(dòng)技術(shù)，極大的降低了我們的成本并簡(jiǎn)化了搭建的復(fù)雜性。實(shí)際操作中，我們面臨的挑戰(zhàn)就是如何設(shè)計(jì)和完善目標(biāo)。為此，我們建立了獨(dú)特的ip，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)我們的模擬和建模能力。這也標(biāo)志著我們的科研進(jìn)入了新的階段。除此之外，一種搭建簡(jiǎn)單且成本較低的清潔能源生產(chǎn)方法已經(jīng)指日可待。我們工作的驅(qū)動(dòng)力就是為子孫提供一個(gè)更加美好的地球?！?/p>

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所面臨的挑戰(zhàn)之一是確保六個(gè)分支同步射擊的速度必須精確到納秒。電能存儲(chǔ)在192個(gè)成對(duì)排列的電容器中，96對(duì)電容器的每一對(duì)都由一個(gè)定制的開(kāi)關(guān)控制，用以阻擋電壓并傳輸巨大電流。子彈發(fā)射后，spectrum儀器的m2i.4912數(shù)字化儀卡用于獲取每個(gè)電容器和開(kāi)關(guān)上獲取數(shù)百個(gè)診斷信息，并在支路上安裝許多探頭，方便讀取電流和電壓。32張數(shù)字化儀卡通過(guò)spectrum的star-hub被連接在兩側(cè)，確保256個(gè)輸入通道的同步。未來(lái)如需增添更多通道，此配置提供了更多的靈活性。

paul holligan 補(bǔ)充道：“spectrum儀器所提供的同步功能是我們選擇他們的一個(gè)關(guān)鍵原因。一切實(shí)驗(yàn)都發(fā)生在納秒級(jí)，對(duì)發(fā)射和數(shù)據(jù)收集的精準(zhǔn)度把控至關(guān)重要。每次發(fā)射都為我們提供了寶貴的數(shù)據(jù)，我們務(wù)必要選擇一款可靠的設(shè)備。通過(guò)行業(yè)的多家對(duì)比，spectrum儀器不僅注重細(xì)節(jié)，還從產(chǎn)品設(shè)計(jì)上給予了我們極大的發(fā)揮空間。配以極具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品價(jià)格，使spectrum儀器毫無(wú)疑問(wèn)的成為了我們的首選。”

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的真空實(shí)驗(yàn)室

flf的創(chuàng)始人之一受到了手槍蝦的啟發(fā)。這種蝦通過(guò)敲擊的方式在水中敲出一個(gè)洞。當(dāng)它們內(nèi)爆形成等離子體時(shí)，這個(gè)洞就會(huì)變熱從而產(chǎn)生沖擊波并把獵物擊暈。flf正是利用這一點(diǎn)來(lái)取締巨大的包容機(jī)制的復(fù)雜性，通過(guò)專注于管理內(nèi)爆現(xiàn)象來(lái)創(chuàng)造與恒星核心溫度和壓力相匹配的溫度和壓力，從而產(chǎn)生聚變。慣性約束意味著等離子體是由自身的慣性而不是磁場(chǎng)或激光維系在一起的，而磁場(chǎng)和激光都需要大量的能量來(lái)維持，這使得聚變?cè)鲆娓y實(shí)現(xiàn)。flf系統(tǒng)只需要一小部分能量來(lái)運(yùn)作，顯著且有效地降低了聚變?cè)鲆嫘枰_(dá)到的能量產(chǎn)生閾值。