Китайский институт физики инженерной физики опубликовал концептуальный проект установки Z-пинч-синтеза

В последнее время Институт физики жидкостей Китайской академии инженерной физики совместно с Пекинским институтом прикладной физики и вычислительной математики, Институтом инновационной энергетики Тяньфу и другими научно-исследовательскими коллективами официально опубликовал общий концептуальный проект китайской установки Z-пинч-синтеза (China Z-pinch Fusion Facility, сокращённо CZFF). Соответствующие результаты исследований были опубликованы в онлайн-режиме в специализированном академическом журнале «Pulsed Power» и рекомендованы на обложку, что знаменует важный прогресс нашей страны в продвижении программы Z-пинч-управляемого гибридного реактора синтеза—деления (Z-FFR) и демонстрации термоядерного зажигания.

Являясь платформой физики высокой плотности энергии следующего поколения для демонстрации термоядерного зажигания и продвижения программы термоядерной энергетики, CZFF имеет проектную пиковую силу тока свыше 50 мегаампер (МА). Ядром установки является научно-исследовательский коллектив под руководством академика Китайской инженерной академии, научного сотрудника Института физики жидкостей Китайской академии инженерной физики Дэн Цзяньцзюня (Deng Jianjun), опирающийся на более чем двадцатилетний глубокий исследовательский опыт в области импульсной мощности и Z-пинч-технологий. В выборе технического маршрута коллектив использовал архитектуру линейного трансформаторного драйвера (Linear Transformer Driver, сокращённо LTD), состоящую из 72 параллельно соединённых модулей LTD, внутренне содержащих в общей сложности 108 тысяч базовых разрядных ячеек, что демонстрирует чрезвычайно высокую техническую готовность и эффективность преобразования энергии.

В проектировании цепочки потоков мощности системы CZFF обеспечивает высокоэффективную передачу энергии от первичного источника мощности к мишенной области. Вся установка через 72 коаксиальные водяные системы передачи объединяется в три слоя, переходит в двухпластинчатую линию передачи и подключается к вакуумному изоляционному стеку, состоящему из шести слоёв, и в конечном итоге через магнитную изоляционную линию передачи (MITL) и трёхколонный сходящийся концентратор (TPHC) точно доставляет мощный ток к нагрузке, расположенной в центре подземной мишенной области. Результаты схемотехнического моделирования показывают, что данный драйвер способен передавать на нагрузку импульс тока с пиковым значением около 54 МА и временем нарастания 130 наносекунд, что, как ожидается, обеспечит рентгеновское излучение около 10 мегаджоулей (МДж), выход дейтерий-тритиевых термоядерных нейтронов свыше $10^{18}$ и температуру чёрной полости свыше 300 электронвольт (эВ).

Хотя концептуальный проект демонстрирует широкие перспективы применения, исследовательский коллектив в статье также объективно проанализировал ключевые инженерные риски, требующие первоочередного преодоления, в частности предотвращение вакуумного поверхностного перекрытия вакуумного изоляционного стека при высоком потенциале, а также подавление тока потерь, вызванного расширением плазмы в области трёхколонного сходящегося концентратора. В будущем коллектив планирует провести углублённую верификацию и оптимизацию изоляционных структур на базе существующих импульсных платформ мощности уровня 10 МА, заложив прочный фундамент для окончательной реализации этой революционной экспериментальной платформы и всесторонне поддерживая высококачественное развитие термоядерной энергетики и передовых исследований физики высоких энергий нашей страны.