核聚變一直被視為能源生產(chǎn)的終極目標。太陽核心反應源于氫和氦原子結合時釋放出的能量。由于海水中的原子取之不盡且無廢料產(chǎn)生，科學家已經(jīng)花費數(shù)十億美元用于核聚變研究。然而，在地球上重現(xiàn)這種超高溫高壓的環(huán)境絕非易事。一家名為first light fusion (flf)的英國公司開創(chuàng)了核聚變新方式，預計在2024年實現(xiàn)能量增益，即聚變反應產(chǎn)生的能量超過維持聚變反應所需的能量。為了滿足核聚變所需條件，flf進行了“子彈”發(fā)射測試并以超高速度對準一個目標。為了達到非?？量痰木珳识纫螅琭lf選擇了spectrum儀器的32個數(shù)字化儀用于結果監(jiān)測。

由192個電容器所組成的真空室

上圖作為電磁發(fā)射中的子彈，由6組電容器組成。這些電容器呈放射狀排列并被置于中央真空實驗室周圍。這些電容器一分鐘可充電20萬伏特，存儲電能排放不到2微秒并產(chǎn)生高達1400萬安培的電流用以產(chǎn)生強大的磁場。磁場發(fā)射子彈的速度能達到每秒20公里，產(chǎn)生200kj動能。flf去年進行了三個分支的子彈發(fā)射測試，今年將成功擴展至6分支并投入實驗階段。每次放電需使用2.5mj，相當于同時發(fā)生500次雷擊。公司迄今所取得的進展使flf有信心在2024年以前實現(xiàn)聚變增益，這堪稱行業(yè)奇跡。

spectrum儀器的32個256通道系統(tǒng)的數(shù)字化儀被內(nèi)置于兩個netbox內(nèi)

flf脈沖功率總監(jiān)paul holligan解釋說:“為了實現(xiàn)聚變增益，我們的做法與行業(yè)非常不同。我們沒有使用搭建過程復雜且價格昂貴的激光或強磁場。通過選擇脈沖功率作為驅(qū)動技術，極大的降低了我們的成本并簡化了搭建的復雜性。實際操作中，我們面臨的挑戰(zhàn)就是如何設計和完善目標。為此，我們建立了獨特的ip，并進一步開發(fā)我們的模擬和建模能力。這也標志著我們的科研進入了新的階段。除此之外，一種搭建簡單且成本較低的清潔能源生產(chǎn)方法已經(jīng)指日可待。我們工作的驅(qū)動力就是為子孫提供一個更加美好的地球。”

產(chǎn)品設計中所面臨的挑戰(zhàn)之一是確保六個分支同步射擊的速度必須精確到納秒。電能存儲在192個成對排列的電容器中，96對電容器的每一對都由一個定制的開關控制，用以阻擋電壓并傳輸巨大電流。子彈發(fā)射后，spectrum儀器的m2i.4912數(shù)字化儀卡用于獲取每個電容器和開關上獲取數(shù)百個診斷信息，并在支路上安裝許多探頭，方便讀取電流和電壓。32張數(shù)字化儀卡通過spectrum的star-hub被連接在兩側，確保256個輸入通道的同步。未來如需增添更多通道，此配置提供了更多的靈活性。

paul holligan 補充道：“spectrum儀器所提供的同步功能是我們選擇他們的一個關鍵原因。一切實驗都發(fā)生在納秒級，對發(fā)射和數(shù)據(jù)收集的精準度把控至關重要。每次發(fā)射都為我們提供了寶貴的數(shù)據(jù)，我們務必要選擇一款可靠的設備。通過行業(yè)的多家對比，spectrum儀器不僅注重細節(jié)，還從產(chǎn)品設計上給予了我們極大的發(fā)揮空間。配以極具競爭力的產(chǎn)品價格，使spectrum儀器毫無疑問的成為了我們的首選。”

進行實驗的真空實驗室

flf的創(chuàng)始人之一受到了手槍蝦的啟發(fā)。這種蝦通過敲擊的方式在水中敲出一個洞。當它們內(nèi)爆形成等離子體時，這個洞就會變熱從而產(chǎn)生沖擊波并把獵物擊暈。flf正是利用這一點來取締巨大的包容機制的復雜性，通過專注于管理內(nèi)爆現(xiàn)象來創(chuàng)造與恒星核心溫度和壓力相匹配的溫度和壓力，從而產(chǎn)生聚變。慣性約束意味著等離子體是由自身的慣性而不是磁場或激光維系在一起的，而磁場和激光都需要大量的能量來維持，這使得聚變增益更難實現(xiàn)。flf系統(tǒng)只需要一小部分能量來運作，顯著且有效地降低了聚變增益需要達到的能量產(chǎn)生閾值。