物理学では、「等方性」という用語は、特性がすべての方向で同じであるシステムを意味します。核融合の場合、中性子エネルギー等方性は、装置から入ってくる中性子の流れとその均一性を分析する重要な測定値です。いわゆる等方性核融合プラズマでは安定性が示唆されるため、これは非常に重要です。 サーマル より高い核融合エネルギーゲインにスケーリングできるプラズマ。一方、不規則な中性子エネルギーを放出する異方性プラズマは行き止まりにつながる可能性があります。

Zapの新しい研究論文 先週公開されました 核融合、Zapのこれまでで最高の検証を提供するFuZeデバイスからの中性子等方性度測定値を詳しく説明しています せん断流安定化Zピンチ 安定した熱核融合を起こします。これは、Zapの技術で核融合をより高いエネルギー収率にスケーリングするためのベンチマークマイルストーンであり、Fuze-Qデバイスのより高いパフォーマンスを実現する自信を与えてくれます。

「本質的に、この測定はプラズマが熱力学的平衡状態にあることを示しています」と、Zapのチーフサイエンティスト兼共同創設者であるUri Shumlakは言います。「つまり、プラズマの大きさを2倍にしても、同じような平衡状態が存在することが期待できるということです。」

中性子を読む

ザップコアの内部、水素原子核はヘリウムに融合します。ヘリウムは高エネルギーで中性子を放出するプロセスです。これらの中性子は核融合反応から生じるエネルギーの 80% を運ぶため、一般的には中性子が多いほど良い状態になります。

ただし、すべての種類の核融合反応が同じように作られるわけではありません。Zapの目標は、プラズマ内部の極度の熱と圧力によって原子核同士が融合する熱核融合です。熱核融合によって生成される高エネルギー中性子は、プラズマを流れる電流の量が核融合で正味のエネルギーを生成するのに必要なレベルに達するにつれて、指数関数的に (約10乗から11乗まで) 増加する。

あまり望ましくないのは、ビームターゲット融合と呼ばれるものです。これは、水素原子核が高速に加速されて静止している原子核に衝突したときに起こります。熱核融合とは異なり、ビームターゲット核融合はプラズマが平衡状態から外れていることを示し、したがってそれほど強くスケーリングしないため、エネルギー源の稼働がはるかに困難になります。

熱核融合は等方性速度または全方向で同じエネルギーの中性子を生成しますが、ビームターゲット核融合は異方性、つまり特定の方向の中性子がより高いエネルギーを持つような中性子を生成します。そのため、さまざまな場所での中性子エネルギーの測定値を比較することで、FuZeデバイス内の核融合のどれだけが非熱であるかが簡単にわかります。

「主にビームターゲット源からの中性子を見たら、私たちのマシンはスケーラブルではないということになります。Zapのシニアサイエンティストであり、新しい研究の筆頭著者であるレイチェル・ライアン氏は、「正味のエネルギー生産量にはたどり着けませんでした」と述べています。

FuZeの中性子等方性をテストするために、Zapの科学者とエンジニアは、デバイスの周囲に配置された中性子検出器を使用して一連のテストを実行しました。同じ機械設定で生成された433回のプラズマショットを測定したところ、中性子はほぼ完全に等方性であることがわかりました。

複数の方法で意味のある測定値

中性子等方性は、物理学の進歩にとって重要なベンチマークであることに加えて、Zapの核融合アプローチにとって歴史的に非常に重要です。

ザの Z ピンチ フュージョンの最も古いアプローチの1つで、その歴史は1950年代にまでさかのぼります。英国でゼロエネルギー熱核組立 (ZETA) 装置を開発している科学者が、磁場を使ってプラズマを強く「挟み込み」、核融合を起こすのに十分な強さで磁場を使い始めたとき、彼らは成功したと思っていました。しかし、その成功は彼らが望んでいたようには実現しませんでした。彼らの装置は、磁場に不安定性を発生させることで、ほぼ完全にビームターゲット核融合を起こしていることが判明しました。つまり、正味のエネルギー利得核融合を発生させることはできないということでした。物理学界にとって希望に満ちた瞬間だったものが、結局は失望に終わり、 広報災害。

また、ピンチベースのアプローチでは、等方性が特に問題になりましたが、すべての核融合技術では、ビームターゲット中性子からの誤検知を測定するリスクがあります。たとえば、と呼ばれるデバイスがあります。 高密度プラズマフォーカス (DPF) また、核融合発電所への実際的な道筋としてもほとんど却下されています。DPF中性子はいくつかの点でZapの装置と似ており、中性子を生成する効果的な手段と考えられていますが、DPF中性子は主にビームターゲットの相互作用から発生します。

その実験の陰で、ザップは中性子が語るストーリーを特に意識している。その会社 最初に測定した 2018年の熱核融合と、より高い感度と高エネルギーで行われたこれらの新しい試験は、せん断流が、これまでのZピンチへの取り組みに破滅をもたらした不安定な状況を後回しにする可能性があることを最近確認したものです。閉じ込め用の外部磁石を必要としないスケーラブルな熱Zピンチ融合は、依然として有望です。

シュムラック氏によると、この論文は物理学の主要な考慮事項を表しているという。「だからこそ、私たちはこれらの正確な測定に多大な努力を払ったのです」と彼は言います。

将来への備え

2023年にZapに入社して以来、ライアンはZapでの中性子測定の計画と実施において主導的な役割を果たしてきました。 以前に行われた作業 ローレンス・リバモア国立研究所の共同研究者と共著者による。チームの次は、ZapのFuze-Qデバイスで同じテストセットをより高いエネルギーで実行することです。初期の結果は有望に見えます。

「規模を拡大し続ける中で、この測定を続け、ビームターゲット融合が収率に貢献しているかどうかを確認し続けることが重要です」とライアン氏は言います。

興味深いことに、この論文では、各ショットの終わり近くで中性子の等方性が低下し、均一性が失われることにも言及しています。研究者たちは、これはピンチが崩壊して核融合が完全に停止する前に不安定になる段階である可能性が高いと示唆しています。このフェーズを理解することで、不安定性によって核融合が短く中断されるのを防ぎ、プラズマの持続時間と性能をさらに向上させる方法についての理解が深まる可能性があります。