First Light提出新颖的“弹射聚变”方法灵感竟来自于皮皮虾

牛津孵化的 First Light ，刚刚演示了全球首例高超音速“弹射聚变”（projectile fusion）技术。该公司致力于提供最快速简便的商业聚变能源，并且正在庆祝一项重大突破。与基于重核裂变的传统核电站不同，聚变反应堆能够像太阳那样释放出能量。

借高速弹射撞击专门设计的坠落目标，其中嵌入燃料芯块。（来自：First Light）

目前大多数大型托卡马克装置和基于仿星器的聚变项目，都打算通过磁约束等离子体来达成比太阳核心更高的温度，以期原子核的移动速度能够快到克服两者之间的强大排斥力。

其它途径包括澳大利亚的 HB11，其采用了更具针对性的方法，借助超强激光以极快的速度加速氢原子，以让硼燃料芯块产生带正电的氦原子并利用这部分能量。

多个空腔在被高超音速弹丸击中时坍塌，利用其汇聚产生的冲击波以构成聚变压力和温度条件。

不过 First Light Fusion 选择了截然不同的技术路线，无需昂贵、强大的激光器或磁铁。与 HB11 类似，它需要极高的速度 —— 以轨道炮向目标坠落的方式来弹射。

特制的弹射过程可产生微调的坍塌冲击波，瞬时压力较海平面大气压力高出近 10 亿倍，可使嵌入的小型氘燃料芯块以足够高的速度自行内爆，从而克服核排斥并开启聚变反应。

通过复杂设计，在目标燃料芯块周围放置多个空腔，以精确调整高超音速弹射产生的冲击波。

有趣的是，First Light 宣称技术灵感源于皮皮虾（pistol shrimp），及其著名的水下泡泡射击武器。这些小家伙能够以令人难以置信的速度发力产生冲击波，并以高达 60 mph（96 km/h）的速度向前喷射水流。

由于速度实在太快，以至于在剪切周围静止水时，蒸发并形成微小的气泡腔 —— 再结合冲击波的相互作用、并在极短的时间内坍塌，让这些气泡中的蒸汽会被加热到数万度、乃至发出明亮的闪光。

1 - Advanced target - First Light Fusion（via）

基于此，First Light 决定通过特殊的设计，以将这种效果放大到远超虾爪的聚变条件。其创造并改进了一系列小目标，其中一些呈立方体、边长约 1 厘米（0.4 英寸）。

此举旨在以超高速的硬币形弹射击中时，产生一系列相互作用的高速冲击波和气泡腔。这些冲击波在计划的时刻相交，以极大地增强空化效应，从而在一个精确定位的小燃料芯块周围形成压力。

2 - Projectile fusion - First Light Fusion（via）

弹射使用了类似于轨道炮的电磁设计，速度可达惊人的 6.5 公里 / 秒（23400 公里 / 小时、或 14540 英里 / 小时），略低于 19 倍音速。

其瞄准的目标本身，正从同一个入口穿过反应时。那样在击中时，便可产生约 100 吉帕斯卡的冲击压力。不过特殊的目标设计，可将相互作用的空腔塌陷和压力波放大至大约 1 太帕斯卡。

3 - First Light reactor concept - First Light Fusion（via）

当燃料芯块内爆时 —— 加速到超过 70 公里 / 秒（25.2 万公里 / 小时、15.7 万英里 / 小时、或 204 马赫） —— 巨大的压力波从四面八方涌来，最终压力可高达 100 太帕斯卡。

First Light 指出，此时聚变材料成为了地球上移速最快的物体，燃料颗粒被从几毫米压缩到 100 微米不到，产生的压力和温度足以引发聚变反应。

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反应释放出大量的热能和种中子，然后被腔内流动的 1 米厚（3.3 英尺）液态锂金属幕所吸收。当颗粒溅落到液态锂池中时，热交换器将能量传递给水，接着产生的蒸汽便可推动商用涡轮机来发电。

First Light 表示，每个预设目标产生的能量，可满足普通英国家庭的 2 年用电需求。据英国能源公司所述，这相当于 6.2 兆瓦时。

0 - First Light Fusion's mission and projectile fusion approach（via）

在未来商业发电设施中，这种情况可每 30 秒发生一次，从而让电厂具有 744 兆瓦左右的有效输出功率。

虽然略低于美国核裂变电厂的 1 吉瓦均值，但聚变反应堆可完全免除核废料处理、以及堆芯熔毁等困扰。

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