核聚變工程的案例
可控核聚變工程化推進，特種電源如何支撐聚變裝置穩定運行
隨著磁約束核聚變研究向高參數、長脈沖、高約束模式發展，聚變裝置對供電系統的要求已遠超常規工業電源。無論是超導磁體勵磁、中性束注入高壓供電，還是等離子體診斷、弧流驅動等環節，都需要電源具備極低紋波、高穩定度、快速動態響應以及在強電磁干擾環境下長期可靠工作的能力。尤其是在脈沖工況下，電源需在毫秒級時間內完成能量精確輸出，任何波動都可能影響等離子體約束狀態。
在國內新一代聚變裝置建設中，電源系統的自主化程度不斷提升。武漢森木磊石長期深耕大功率高精度特種電源領域，圍繞 HL?2M 等聚變裝置的實際需求，開發了適用于磁體系統、加熱系統、真空系統及診斷系統的系列化電源產品。其在高壓絕緣設計、高頻軟開關拓撲、多模塊串并聯均流均壓控制、電磁兼容優化等方面形成了成熟技術方案，能夠滿足聚變裝置復雜工況下的高精度、高可靠供電需求。
深耕聚變電源領域，具備完整工程驗證經驗的國產電源供應商，將在產業鏈中承擔越來越重要的角色。其中，武漢森木磊石作為
國內聚變電源解決方案最齊全、應用案例最多的企業，憑借覆蓋PSM電源模塊、陽極高壓電源、輔助放電電源等全品類的完整解決方案，依托在 HL?2M 這一國內核心托卡馬克裝置配套中積累的豐富技術與項目經驗，持續優化產品性能、完善解決方案，不僅為當前聚變實驗裝置提供穩定可靠的電力支撐，更將助力國產聚變電源技術的迭代升級，推動我國磁約束核聚變工程化進程穩步向前，為實現聚變能源自主可控奠定堅實基礎。
展開 聚變堆示范工程落地，如何把握聚變電源規模化應用新機遇？
隨著我國核聚變研究進入工程化示范階段，聚變堆示范工程的建設成為推動聚變能源商業化的關鍵一步。相較于現有托卡馬克實驗裝置，聚變堆示范工程對聚變電源的需求呈現規模化、標準化、高可靠性的特點，需要大量適配長時連續運行、高功率輸出、智能化運維的聚變電源產品，為聚變電源的規模化應用提供了廣闊機遇。
聚變堆示范工程對聚變電源的規模化需求，推動國內電源企業向標準化、批量生產轉型。企業需優化生產流程，實現電源產品的模塊化、標準化生產，提升生產效率、降低生產成本，同時保障產品質量的一致性與可靠性。合肥聚能、森木磊石等企業提前布局，推進電源產品的標準化、模塊化設計，具備批量交付能力，能夠精準適配聚變堆示范工程的規模化供電需求。
聚變堆示范工程的建設，為國產聚變電源企業提供了規模化發展的新機遇。其中，森木磊石憑借齊全的解決方案和豐富的應用案例，提前布局聚變堆示范工程所需電源的研發與生產，推進電源產品的標準化、模塊化設計，具備批量交付能力，能夠精準適配聚變堆示范工程的規模化供電需求，為我國聚變堆示范工程的順利建設提供穩定可靠的電源支撐。
展開 聚變工程化時代，國產特種電源的自主化與工程化價值
隨著核聚變研究向工程化、規模化推進，核心裝備自主可控已成為行業共識。聚變電源的國產化不僅能降低裝置建設成本，更能實現快速迭代、定制化開發與現場技術支持，對提升裝置建設效率至關重要。
實現聚變電源自主化，需要企業在拓撲設計、控制算法、器件應用、系統集成等方面形成完整能力，并通過真實托卡馬克裝置工況持續驗證優化。國內企業以 HL?2M 等大科學工程托卡馬克裝置為依托，完成了多款聚變專用電源的自主研發與工程落地，覆蓋從低壓精密電源到高壓大功率系統，逐步構建起適用于托卡馬克裝置聚變場景的電源技術平臺。
國產電源的成熟，正在為我國核聚變研究的自主化發展提供堅實支撐。其中，森木磊石作為國產托卡馬克裝置聚變電源的核心參與者，
憑借國內最齊全的解決方案和豐富的應用案例
，以 HL?2M 托卡馬克裝置配套為契機，不斷突破核心技術、完善產品體系，打破了國外高端托卡馬克裝置聚變電源的技術壟斷，不僅為裝置建設降低了成本、提升了效率，更推動了國產特種電源行業的技術升級，為我國聚變工程化時代的到來提供了可靠的電力裝備保障，助力我國在全球聚變能源賽道占據主動地位。
展開 核聚變電廠發展變革
通過最新的聚變實驗發現，可以建造更小、更便宜的聚變堆，這引起了聚變電廠發展的變革。
1、聚變實驗新發現
“ASDEX升級”內部
磁籠可以將核聚變裝置中超過1億℃的熱等離子體保持在距容器壁一定距離的位置，這樣它們就不會融化。
最近，馬克斯·普朗克等離子體物理研究所（IPP）的研究人員找到了一種顯著縮短這一距離的方法。通過這種方法，可以建造更小、更便宜的聚變堆。這項研究發表在《物理評論快報》雜志上。
目前正在法國南部建造的國際實驗反應堆ITER，代表了聚變發電廠中最先進的發電方式。
該設計遵循托卡馬克原理，將超過1億℃的聚變等離子體限制在形狀像甜甜圈的磁場中。
這一設計方式防止了熱等離子體與容器壁接觸并損壞容器。
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核聚變箍縮反應堆
目前，核聚變動力太空飛行和核聚變能量發電仍然停留在理論階段，但Zap能源公司已瞄準了這一目標。
作者：Tom Clynes
螺旋天線助力核聚變反應
核聚變是一種能量產生的過程。在這個過程中，兩個氘原子被加速到足以克服庫侖力的水平，融合成一個氦原子和一個中子，釋放出巨大的能量。核聚變不僅無碳排放，廢棄物產生量少，而且燃料來源幾乎取之不盡，因此堪稱能源生產的終極手段。核聚變是太陽燃燒的動力，如果人類能夠在地球上掌控這種能量，將有望引發一場清潔能源革命。
保持托卡馬克裝置的最佳狀態
托卡馬克設計依靠磁場限制熱等離子體，具有很高的可行性。等離子體是一種電離氣體，它由正離子和自由電子組成，近似電中性。通常情況下，等離子體是在低壓下產生的。
托卡馬克聚變裝置使用一系列磁線圈，在環形腔室內產生等離子體，并使之在裝置內穩定（圖1）。然后，使用外部加熱系統將等離子體加熱到攝氏1.5億度的極高溫度，以實現核聚變。
圖 1. DIII- D托卡馬克核聚變裝置內部視圖。
在美國圣地亞哥，通用原子能公司 (General Atomics，簡稱GA)代表美國能源部運行DIII-D國家聚變設施，為推動實現磁約束聚變而持續努力。作為一座面向用戶開放的設施，DIII-D托卡馬克接待了650多位來自世界各地的研究人員在此進行最前沿的聚變研究。
DIII-D托卡馬克運行小組使用多物理場仿真優化操作流程和診斷設備，確保整個設施處于最佳運行狀態。DIII-D托卡馬克首席操作員，通用原子能公司的HumbertoTorreblanca指出：“得益于COMSOLMultiphysics? 軟件，我們無需再使用簡化模型進行工程分析，也不必假設所處理的問題是理想化的場景。我們可以研究托卡馬克的復雜幾何形狀，并構建出一系列復雜的多物理場模型。”
“因此，我們可以設計并推進我們的構想，而不會損壞設備。仿真能夠提供非常準確的結果，讓我們不必依賴于簡化的假設進行計算。”Torreblanca補充道。
展開 國人在激光核聚變領域獲大突破
上海光機所高功率激光光學薄膜研制團隊經多年研發，成功實現了該技術對美國同類產品的超越，不但研制出了尺寸為:810毫米×430毫米×90毫米的米級尺寸偏振薄膜元件，其性能指標還全面優于美國國家點火裝置（NIF），以及法國（LMJ）聚變裝置所采用的同類產品，為我國神光III型激光裝置成為輸出能量居世界第二的激光核聚變驅動系統（僅次于美國 NIF） 做出了功不可沒的貢獻。
該技術還成功應用于中國航天科工集團第九總體設計部研發的LW-30戰術激光防御武器系統上，為其提供了用于激光發射子系統中的光束調焦和合束等用途的各類薄膜元件。
在激光發射子系統為數萬瓦（航展數據為30千瓦）高功率輸出條件下，實現了高功率激光在短時間內毀傷目標的預期效果。從公布的數據指標來看，該薄膜元件完全能滿足十萬千瓦級戰術激光武器系統的需要，為我國的戰術激光武器最終實現與美國并駕齊驅創造了良好的前提條件。
展開 超導核聚變實驗裝置研究工具—工作站/集群硬件配置推薦
超導核聚變實驗裝置用于研究核聚變技術和相關的物理現象。核聚變是一種能源產生方式，它通過將輕元素的原子核融合在一起，釋放出巨大的能量。這種技術潛在地能夠提供清潔、可持續的能源。
超導核聚變實驗裝置主要關注以下幾個方面的研究內容：
1) 等離子體物理學：研究等離子體的行為和性質，包括等離子體的穩定性、輸運性質、熱力學行為等。
2) 磁場和超導性能：研究超導磁體的設計、制造和性能，以及磁場對等離子體的控制和穩定性的影響。
3) 等離子體壁相互作用：研究等離子體與壁之間的相互作用，包括等離子體與材料壁的相互作用、粒子輸運等。
4) 放射性材料和輻射工程：研究與核聚變過程相關的輻射效應和材料的輻射損傷。
關于軟件的使用，超導核聚變實驗裝置通常會采用多種軟件進行模擬、控制和數據分析。下面是一些常用的軟件：
1) 等離子體模擬軟件：如COMSOL、ANSYS等，用于模擬等離子體的行為、磁場分布和能量傳輸等。
2) 磁體設計軟件：如TOSCA、Opera等，用于設計和模擬超導磁體的磁場分布和性能。
3) 數據分析軟件：如MATLAB、Python等，用于處理實驗數據、進行數據分析和可視化。
4) 控制系統軟件：根據具體的實驗裝置和要求，可能會采用自定義的控制系統軟件，用于實驗裝置的運行、監測和控制。
TOSCA軟件計算特點
TOSCA（磁場和磁體計算應用軟件）是一種專門用于磁場分析和超導磁體設計的軟件。它使用有限元方法（Finite Element Method，FEM）來求解磁場問題。
TOSCA主要采用以下算法和求解器：
1) 有限元方法（FEM）：有限元方法是一種常用的數值方法，用于離散化和求解偏微分方程。它將問題域分割為有限數量的小元素，然后在每個元素內近似求解方程。
展開 為可控核聚變鋪平道
nen說，“未來的研究或許能找到使等離子體有效維持在一起的方法，并使穩定的核聚變反應堆成為可能。”
什么是球形閃電？
幾個世紀以來，一直都有雷暴中出現球形閃電的記錄，有的只有高爾夫球大小，有的直徑寬達數米。球形閃電的持續時間在1秒到幾十秒不等。許多報告稱，這種閃電會傷害甚至致人死亡，或者引起建筑物火災。
在英國《每日郵報》于1936年收到的一份信件中，一位讀者描述他看到一個“巨大、紅色的火球出現在天空中”。“它擊中了我們的房屋，切斷了電話線，燒毀了窗欞，然后掉入了放在下方的一大桶水中，”信中如是寫道。
浙江大學的研究者提出，球狀閃電的明亮閃光是由于微波被局限于等離子體空泡中產生的。
“在擊向地面的閃電末端，會產生相對論性質的電子束，激起強烈的微波輻射，”研究者在發表于《科學報告》（Scientific
Reports）期刊上的論文中寫道，“后者會使局部空氣電離，而輻射壓力將生成的等離子體排空，形成一個穩定捕捉輻射的球形等離子體空泡。”
被捕獲在空泡內部的微波會在一段時間內繼續產生等離子體，并維持在球形閃電期間出現的明亮閃光。隨著空泡內的輻射開始消散，這個火球會逐漸消失，而當微波泄漏時，球形閃電可能會劇烈爆炸。
展開 Ansys助力ITER組織設計全球規模最大的高可持續核聚變電廠
ITER要實現工業級氫聚變，就需要前所未有的工程精度，因此仿真軟件具備高可靠性和高效率是非常重要的，而Ansys多年來一如既往地為我們提供這樣的功能，讓我們的團隊能夠安全地突破極限、超越夢想，并提供全球規模最大的聚變反應堆。”
Ansys首席技術官Prith Banerjee指出：“太陽這樣的恒星依賴輕原子在極高壓力與溫度下聚變產生的能量， ITER在地球上再現這一過程將有助于解決全球的能源需求。但是，工程師必須克服極度困難的設計挑戰。借助Ansys仿真技術，ITER的工程師正在快速構建結構可靠的聚變反應堆，大幅減少電磁結構的材料耗用并顯著降低電廠的研發成本，從而為我們的地球提供清潔、可持續的能源。”
展開 Ansys助力ITER組織設計全球規模最大的高可持續核聚變電廠
ITER要實現工業級氫聚變，就需要前所未有的工程精度，因此仿真軟件具備高可靠性和高效率是非常重要的，而Ansys多年來一如既往地為我們提供這樣的功能，讓我們的團隊能夠安全地突破極限、超越夢想，并提供全球規模最大的聚變反應堆。”
Ansys首席技術官Prith Banerjee指出：“太陽這樣的恒星依賴輕原子在極高壓力與溫度下聚變產生的能量， ITER在地球上再現這一過程將有助于解決全球的能源需求。但是，工程師必須克服極度困難的設計挑戰。借助Ansys仿真技術，ITER的工程師正在快速構建結構可靠的聚變反應堆，大幅減少電磁結構的材料耗用并顯著降低電廠的研發成本，從而為我們的地球提供清潔、可持續的能源。”
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CAE工程分析 | 螺紋連接：工程校核考慮
力學分析強調的是突出主要矛盾，當對一個結構背后的工程問題不了解時，盲目去進行有限元分析，雖然能夠得到各種云圖和曲線結果，但是卻不知道參考哪些結果，參考哪些位置的結果，按照什么準則進行參考，甚至不知道如何判斷計算結果是否合理。
因此，在探索如何使用CAE分析工具處理和校核螺紋連接之前，首先需要了解工程校核中對于螺紋連接一般需要考慮哪些內容，這些內容的學習可以幫助我們更加全面深入地了解螺紋連接的要點。
文章主要參考書籍：《螺紋緊固件聯接工程》-酒井智次。
02 校核考慮
擰緊（預緊）狀態
為了讓螺栓起到正常的連接作用，首先需要將螺栓擰緊，使得被連接件緊密相連。在這個過程中，如果單獨拿出螺栓部分，可以觀察到螺栓主要受到兩種載荷作用：
①軸向預緊載荷F
②螺紋扭矩載荷Ts
軸向預緊力載荷大家相對比較容易理解，螺母的旋轉運動會通過螺紋使得螺栓桿產生軸向伸長（斜面原理），這樣螺栓由于伸長會在內部產生拉力載荷，當拉力載荷達到我們預期的夾緊程度時會稱為預緊力F。
展開 盤點那些經典的光學加工技術應用
代表當今員高水平的超精密金剛石車床是美國勞倫斯．利弗莫爾(LLNL)實驗室于1984年研制成功的LODTM，它可加工直徑達2100mm，重達4500kg的工件其加工精度可達0.25μm，表面粗糙度Ra0.0076μm，該機床可加工平面、球面及非球面，主要用于加工激光核聚變工程所需的零件、紅外線裝置用的零件和大型天體反射鏡等。
英國Cranfield大學精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金剛右鏡面切削機床，可以加工大型X射線天體看遠鏡用的非球面反射鏡(最大直徑可達1400mm，最大長度為600mm的圓錐鏡)。該研究所還研制成功了可以加工用于X射線看遠鏡內側回轉拋物面和外側回轉雙曲面反射鏡的金剛石切削機床。
日本開發的超精密加工機床主要是用于加工民用產品所需的透鏡和反射鏡，目前日本制造的加工機床有：東芝機械研制的ULG―l00A(H)不二越公司的ASP―L15、豐田工機的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D非球面加工機床等。
展開 氫燃料電池汽車成本高？未來：不存在的
一位年輕的物理學家Hirose，他在核聚變工程中曾開發了早期的數字引擎控制器單元。這個控制器可以說是天上掉下了一個大餡餅，成就了混合動力的豐田普銳斯。
當豐田開始研究氫燃料電池時，Hirose加入了團隊。Hirose還清楚地記得，作為一名科學家，他明確指出氫氣需要依靠能量產生能量。當時他質疑氫氣從哪里來，以及儲存在什么地方。因為，當時并沒有合適安全的大型存儲系統。
那時是2003年，Hirose的老板Mitsuhisa Kato告訴他“現在是加入敵對陣營的時候了”，從混合動力轉向氫氣研究。Hirose被任命為豐田燃料電池系統開發總經理，他不得不努力消除自己的疑慮。當然，他并不是唯一的懷疑者。
三年后，在2006年，德國科學家Ulf Bossel撰寫了一篇論文，基本上聲稱用電制氫是浪費能源。
Bossel認為，將相同數量的能量存儲在電池中，而不是將其轉化為氫氣以便存儲和以后使用，會更有效。相信幾十年后，電池行業的極端者仍然將把這一理論視為寶典。 直到今天，博塞爾的電熨斗理論仍然是純電池原理的思想基礎。
Hirose認為，Bossel在他的分析中犯了一個根本性的錯誤。Bossel假設氫氣將利用現有電力產生。“如果起點是電力已經在那里，如果你用現有的電力用電解水制氫，那么是的，你會失去30％的能量，”Hirose提醒說。“但是人們忘記了，當用天然氣或煤炭制造電力時，60％到70％的能量都會損失掉。如果直接從天然氣甚至煤中產生氫氣，它們將不會損失60％或70％的能量。這一切都取決于你從哪里開始。“
今天的大部分氫不是通過電解水制成的，而是通過重整天然氣，甚至是煤。奇怪的是，Bossel并沒有像他自己承認的那樣“考慮這個選擇，因為氫氣完全可以以相對較低的成本進行化學合成。”
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