核聚變是一個令人難以置信的複雜科學問題，研究人員正從各種角度進行研究，而Zap Engergy正通過一種不太知名的方法開始掀起波瀾。這家位於西雅圖的初創公司已經為其Z-pinch核聚變技術取得了一個重要的里程碑，現在它正在努力通過模塊化、車庫大小的反應堆使其成為商業現實。
這些反應堆可以擴大規模以將這種實驗性的能源形式帶到電網中。
核聚變研究的目的是重現太陽內部的過程，在那裡，強烈的熱量和壓力結合起來產生等離子體，其中原子核融合在一起從而釋放出能量。這一領域的大部分努力都集中在對複雜磁場的利用，將這些等離子體流懸浮在像甜甜圈或扭曲的環形反應堆內，這將是ITER的遊戲名稱，這個世界上最大的核聚變反應堆將在本十年後開始運行。
Z-pinch雖然提出的是一條非常不同的前進道路，但最終可能被證明是更便宜和更有效的。這是因為Z-pinch系統不是由昂貴的磁線圈和昂貴的屏蔽材料組成的複雜網絡來保護它們，而是依靠在等離子體本身產生的電磁場。這將等離子體釘在一個相對較短的柱子內並“夾住”它，直到它變得足夠熱和稠密從而發生核聚變。
2019年，華盛頓大學一組科學家想出了一個解決不穩定問題的辦法。據了解，這些問題自20世紀50年代開始以來就一直困擾着Z-pinch技術。當時，該小組利用流體力學中已知的剪切軸流展示了一種平滑等離子體流的方法，這可以幫助防止歷史上使其崩潰的隆起和扭曲的發生。
與此同時，該研究的作者之一Uri Shumlak一直在尋求利用這種剪切軸流技術，從而使Z-pinch核聚變技術能夠成為現實，為此，他在2017年共同創立了Zap Energy。上周，該公司實現了其旅程中的一個關鍵里程碑–在其名為FuZE-Q的原型反應堆內創造了首批等離子體。
擔任Zap Energy首席科學官的Shumlak說道：“長期以來，Z-pinch一直是實現核聚變的一種有吸引力的方式，但多年來研究人員認為Z-pinch的等離子體不穩定性是一個無法克服的挑戰。我們已經通過模擬和實驗表明，剪切流可以穩定聚變等離子體，而且這種穩定性應該擴展到商業上可行的規模。自從這項技術走出實驗室以來，Zap Energy團隊取得了快速的進展，特別是最近團隊和投資的增長。”
該團隊以前曾在500千安培(kA)的電流下演示過等離子體，這是其以前的原型反應器能夠處理的最高電流。但電流越大，等離子體的溫度和密度就越高，考慮到這一點，下一代FuZE-Q被設計為可容納650kA的電流。該團隊的科學建模表明，這是將發生收支平衡的點，即從該設備中出來的能量大於操作它所需要的能量，即Q=1。
“FuZE-Q是我們建造的第四代Z-pinch設備，無疑是最有雄心的，”Zap Energy首席技術官Brian A. Nelson說道，“我們把它設計成多功能、有彈性和可調整的，這在我們提高電流、溫度和密度的過程中將是至關重要的。”
Zap Energy團隊剛剛完成了1.6億美元的C輪融資，這將進一步推動其將聚變能源形式推向市場的努力。由於不需要像其他方法那樣使用昂貴的磁鐵或高功率激光器，該公司設想通過大規模製造的反應堆來實現這一目標，這些反應堆小到可以放在車庫裡。這些模塊化的設備可以部署在偏遠的社區從而為其提供電力，或將其組合起來並擴大規模以為整個城市提供能源。
Zap Energy總裁Benj Conway說道：“為了成為一種實用的能源，我們需要遠遠超過Q=1，但如果你想讓核聚變及時進入電網對地球產生影響，那麼在一個小型、廉價的平台上快速迭代的能力是絕對重要的。我們可以以比其他方法快得多的速度設計、建造和測試系統，而且我們正在平行地研究我們在盈虧平衡的另一邊將需要的技術。”