12月16日，Oxford Sigma、Kyoto Fusioneering(京都聚变)和STEP(Spherical Tokamak for Energy Production)发表了一项新研究，探索球形托卡马克中氚增殖的创新方法。

这项研究发表在《Fusion Engineering and Design》杂志上，主要探讨了在球形托卡马克配置中，如何在中心柱区域实现氚的增殖。由于中心柱区域的可用空间非常有限，这成为了球形托卡马克设计中的一个关键挑战。研究的重点在于利用那些在氚增殖过程中能够发挥作用的先进材料，这些材料不仅要能够提供辐射屏蔽，还要能够提供必要的结构支撑。这项工作表明，通过合作可以产生新的想法，以解决聚变技术中的独特挑战。

研究评估了两种新型高温概念，用于内部增殖包层设计，使用球形托卡马克典型的密闭空间。主要发现包括：

基于钨-铼-铪-碳化锂的设计 ，在研究中表现出最高的氚增殖比(TBR)。该设计针对屏蔽和热要求进行了优化，在3D中子学计算中实现了0.135的整体TBR，使用W-24.5Re-2HfC(wt%重量百分比)、Li-6中浓缩至90%的锂、薄层钛酸铍和五硼化钨(W2B5)作为屏蔽材料。

碳化硅和铅锂概念也被研究作为一种替代增殖配置 ，相比之下，其整体TBR达到了0.048。

虽然结果表明这些设计的局部TBR仍远低于1(自给自足所需的最低TBR)，特别是对于铅锂概念而言，但它们在促进氚增殖方面提供的部分贡献可以支持开发实现氚自给自足的下一步实用解决方案——这是商业聚变能源面临的一个关键挑战。

图1：各种屏蔽材料和浓缩水平的局部氚增殖率和中子通量的变化。

Oxford Sigma的高级工程师、本文的主要作者Mark Anderton评论道：“这项研究凸显了创新材料在解决氚增殖与辐射屏蔽耦合的关键挑战方面的重要性。此次合作使我们能够探索球形托卡马克中心柱的新设计空间，展示了先进材料如何帮助减少聚变商业化的障碍。”

Kyoto Fusioneering的首席创新者、本文的合著者Richard Pearson博士补充道：“这项研究展现了Kyoto Fusioneering的核心精神：我们采取的研究驱动、注重实际应用的方法，专门针对解决那些充满挑战的问题。通过与Oxford Sigma和STEP合作，我们集合了各方的专长和知识，以互补的方式共同解决聚变工厂设计中的独特问题。突破已知的界限，并获得洞察力，这些洞察力有朝一日可能会带来新技术，为聚变能源开辟新的途径。”

UKIFS容器和容器内系统设计集成负责人Simon Kirk博士补充道：“这个项目是核聚变组织本着开放精神共同努力的一个很好的例子，意味着不同组织的技术专长可以结合起来，以应对球形托卡马克中心柱氚增殖的艰巨挑战。”

关于Kyoto Fusioneering：

Kyoto Fusioneering成立于2019年，是一家私人资助的初创公司，在东京和京都(日本)、雷丁(英国)、卡尔斯鲁厄(德国)和西雅图(美国)设有设施。公司专注于为商业聚变电厂开发先进技术，例如gyrotrons系统、氚燃料循环技术和用于氚生产及发电的增殖毯。Kyoto Fusioneering与全球公共和私人聚变开发商合作，其使命是使聚变能源成为满足人类能源需求的最终、可持续解决方案。

关于Oxford Sigma：

Oxford Sigma致力于通过加速聚变能源的商业化来解决能源安全和气候变化问题。Oxford Sigma的使命是提供材料技术、材料解决方案和聚变设计服务，以加速聚变能源的商业化。Oxford Sigma是国际公认的聚变材料和技术领域的领导者。

关于STEP/UKIFS：

STEP(Spherical Tokamak for Energy Production)是一项重大技术和基础设施计划，旨在展示核聚变产生的净能量、燃料自给自足和工厂维护途径。UKAEA是STEP项目的聚变合作伙伴，计划与STEP的两位行业合作伙伴共同推进项目，一位来自工程领域，另一位来自建筑领域。预计合作的具体细节将于2025年底或2026年初公布。STEP项目将由UKAEA集团的全资子公司UK Industrial Fusion Solutions Ltd(UKIFS)负责实施。UKIFS将领导一个综合交付团队，致力于在诺丁汉郡的West Burton工厂设计和建造原型工厂。项目的目标是在2040年实现首次商业运营。