在开发聚变能的竞赛中，每种独特的方法都需要自己的专门技术来确定净能量增益，这是一个平衡能量进出的方程式，用字母 Q 表示。
今天发表在Fusion Science and Technology杂志上的一篇新论文 确立了该公司测量和计算 Zap 的剪切流稳定 Z 箍缩聚变等离子体中 Q 值的方法。该出版物将成为 Zap 在构建商业聚变系统的过程中展示能量增益的重要组成部分。
“我们在设备中产生聚变级等离子体的方式不同于其他聚变技术，因此本文有助于为量化我们的进展奠定基础，”Zap Energy 联合创始人、首席科学官兼该论文的主要作者 Uri Shumlak 说。
独特的方法
与其他聚变装置一样，Zap Energy 计划在称为等离子体的材料中融合氢核，这种材料必须过热到比太阳还热的温度。可以测量等离子体特性以确定 Q 或净能量增益，部分是通过计算它们的 三重乘积：等离子体的热度和密度，以及持续时间。
三重积在比较不同的聚变概念时很有用，例如查看剪切流稳定 Z 夹紧装置与更传统的聚变装置(如托卡马克或其他聚变方法)有何不同，也可用作简化代理对于 Q。
在 Zap 的案例中，其独特的 Z 箍缩等离子体的密度是托卡马克中的等离子体的 100,000 倍，并且持续许多微秒。正在设计一个脉冲系统来反复产生等离子体。
Zap 的等离子体在一条直线上流动，材料距离直线的最内部部分有不同的距离，并以不同的速度从其外边缘移动。这产生了所谓的 剪切流稳定，它使等离子体保持足够长的时间以发生持续的聚变反应。剪切流稳定允许 Zap 在没有外部磁铁的情况下限制等离子体，但也导致需要特别适合的测量和分析。
测量 Q
为了计算三重乘积，Zap 测量等离子体的温度、密度和流速以确定等离子体限制的持续时间。Q 的相应计算是聚变功率(输出)与输入功率之比，与其他磁约束方法(如托卡马克)中用于测量增益的方法非常接近。惯性约束方法，如劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置去年对 Q>1 的演示，产生短寿命等离子体，并将 Q 定义为聚变能量与输入能量的比率。
功率和能量之间的主要区别在于功率是每单位时间的能量。由于 Zap 的等离子体受限于介于传统磁聚变和惯性聚变方法之间的时间范围，因此选择基于功率计算 Q 是一个重要的区别。
“公布这些技术细节非常重要。你不能只是将温度计放入聚变等离子体中以查看发生了什么，因此我们结合使用直接和间接观察来帮助了解情况，”Zap Energy 研发副总裁 Ben Levitt 说。“这篇论文让我们有机会确保其他物理学家同意我们的方法与聚变界多年来建立的方法完全一致，并列出了我们计划在不久的将来报告结果的方式。”
Z 捏的细微差别
该白皮书包含许多特定于 Zap 融合方法的细节。最重要的因素之一是考虑驱动稳定等离子体流所需的输入功率。
该论文还指出，对于高性能收缩，它可能会捕获称为 alpha 粒子的聚变反应的高能产物，并通过抵消一些所需的输入功率来提高聚变增益。
Zap 计划将对等离子体状况的观察与对发射的中子的测量联系起来。由于中子是聚变反应的主要产物，科学家们预计它们会在聚变条件合适时增加，而在条件不合适时减少。
去年 5 月， Zap 在其第四代设备 FuZE-Q 上首次实现了等离子体。目前正在使用 FuZE-Q 开展研发活动。Zap 团队将分析 FuZE-Q 及其前身 FuZE 的结果，因为他们正在努力展示首个 Q>1 的剪切流稳定 Z 箍缩等离子体。
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