通过磁约束实现核聚变: 听起来非常理论,但却有可能在未来为我们提供几乎无限的能源。与激光核聚变类似,磁约束核聚变最近也取得了重大成功: 2021 年底,位于英国库勒姆的世界上最大的核聚变设施 "JET(欧洲联合环状反应堆)"在 5 秒钟内产生了 59 兆焦耳的能量,这是此类实验所达到的最高值。在过去的 10 年中,贺利氏科纳米一直与那里的科研团队保持合作,共同确定反应堆中用于控制核聚变过程的真空和检查窗口的规格。这意味着,一个小小的观察窗可以对未来的替代能源生产产生重大影响。
磁核聚变技术是目前国际上最受欢迎的方法。科学界认为它比激光核聚变更先进、更有前途。库勒姆聚变能源中心(CCFE)的 JET(欧洲联合环状反应堆)团队主要为位于法国南部卡达拉什的更大型核聚变实验反应堆 ITER(国际热核实验反应堆)开展前期工作。然而,由于全球经济的不确定性,ITER 计划于 2035 年完工的时间已经推迟。"贺利氏科纳米克全球光学销售主管弗兰克-纽伦堡博士表示:"与我们合作的CCFE团队在通过磁核聚变产生能量的道路上实现了这一重要里程碑,这一点显得尤为重要。
在激光核聚变中,氢同位素氘和氚的单个原子核被压缩,并通过激光产生的二次辐射聚合在一起。这种方法产生的能量预计是输入能量的数倍。磁核聚变旨在通过磁压缩实现相同的结果。环形磁场将两种同位素组成的核聚变等离子体限制在一定范围内,使其升温到难以想象的约 1 亿摄氏度的温度,以便点火。与拥有无数熔融石英光学器件、面积相当于三个足球场大小的大型激光系统不同,这个核聚变设施已经变成了一个大型甜甜圈形真空室,ITER 的直径约为 19 米。现在的挑战在于如何持续保持核聚变过程。在上述 JET 实验中,这一过程持续了约 5 秒钟。要实现这一目标,需要分别对大型真空室中的核聚变过程进行复杂的控制和对反应堆进行精确的控制。贺利氏通过为真空室的窗户提供熔融石英,在这一挑战中发挥了微小但重要的作用。
需要对反应堆内的聚变位置进行持续监测,包括紫外线和近红外波长范围内的光谱分析。这可以通过外壳上称为端口的小观察窗来实现。这些观察窗的玻璃需要具备某些观察聚变过程的特性:极高的材料强度、耐温性和耐辐射性,以及在宽波长范围内的高透射率。合成熔融石英就是解决方案。"磁核聚变的环境条件对光学材料来说极具挑战性。我们的熔融石英 Suprasil 和 Spectrosil 已在高辐射的科学应用中积累了多年的经验并取得了测量结果,因此能够胜任这一任务。因此,在 2023 年,贺利氏科纳米为最初的测试窗口提供了合格的原材料也就不足为奇了。
德国与其他欧洲国家一样,在磁核聚变研究领域处于领先地位。例如,马克斯-普朗克等离子体物理研究所就拥有 ASDEX 和 Wendelstein 7- 等研究设施。 Proxima Fusion 公司就是在这种研究环境下分拆出来的。此外,磁核聚变商业化领域的另一家初创企业高斯聚变公司(Gauss Fusion)就位于离贺利氏哈瑙总部不远的地方。尽管磁核聚变尚未取得重大突破,但已经取得了进展。Nürnberg博士认为,这并不是悲观的理由:"如果上世纪50年代没有宇航员狗-莱卡被送上太空,我们现在就不会计划火星之旅。我认为磁核聚变和激光核聚变的发展也是如此,尤其是在我们未来的另一种绿色能源的现实可能性方面。因此,贺利氏科纳米很高兴能够通过提供高质量的熔融石英来支持这两项技术的发展"。