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美国学者提出“加速器驱动聚变堆”(ABFR)新概念 为氢硼聚变提供新路径

2026-01-21 09:43     来源:Nuclear Fusion     ABFR 氢硼聚变 核聚变 核物理
2026年1月16日,美国肯塔基大学的Keh-Fei Liu在《Nuclear Fusion》期刊发表论文,提出了一种名为“加速器驱动聚变堆”(ABFR)的新概念。该方案将加速器物理与磁约束物理结合,利用高能离子束和电子束注入轴对称磁镜,旨在通过束流产生的静电势与动量传递来封闭传统的“损失锥”,为氢-硼11等先进燃料聚变提供了新的工程路径。

论文通过建立动力学模型对基于气动势阱(GDT)磁镜的ABFR进行了评估。其核心创新在于“共振扫描”机制:注入能量略高于反应共振峰的高能离子束,使其在等离子体中减速时能量自然扫过整个高截面共振区,从而大幅提升聚变反应率。研究采用经量子修正的Brown-Preston-Singleton(BPS)形式计算阻止本领,使高温区的能量耦合计算更为精确。

关键结论显示,对于传统上极难点火的p-11B反应,在离子温度150 keV、注入质子束能量775 keV的条件下,若能达到50秒的等离子体约束时间,理论上可实现Q=10的能量增益。这一约束时间要求甚至低于同等增益目标下的D-T反应(需87秒),揭示了该构型在先进燃料应用上的独特潜力。计算同时表明,加热时间与所需约束时间处于同一量级(约百秒级),这意味着装置需具备稳态或长脉冲运行能力。

文章也指出了工程挑战,主要包括强流束注入可能引发的不稳定性,以及维持“束流-等离子体”非热平衡状态的难度。此外,磁镜的开放式端部结构为其实现高效直接能量转换提供了天然优势,有望将带电粒子的动能以超过80%的效率直接转化为电能。

这项研究为磁镜装置的发展提供了新思路,表明结合加速器技术后,简单的线性磁镜构型有可能高效处理先进燃料聚变,且更易于维护。同时,它明确了50-100秒量级的约束时间是该路径迈向商业化的关键物理门槛,与全球聚变界追求长脉冲稳态运行的趋势相一致。


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