中国中物院公布Z箍缩聚变装置概念设计

近日，中国工程物理研究院流体物理研究所联合北京应用物理与计算数学研究所、天府创新能源研究院等科研团队，正式公布了中国Z箍缩聚变装置(China Z-pinch Fusion Facility, 简称 CZFF)的整体概念设计。相关研究成果已在专业学术期刊《Pulsed Power》在线发表并获封面推荐，标志着我国在推进Z箍缩驱动聚变—裂变混合堆(Z-FFR)计划及热核点火演示道路上取得重要进展。

作为用于演示热核点火及推进聚变能源计划的下一代高能量密度物理平台，CZFF 设计峰值电流超过 50 兆安(MA)。该装置以中国工程院院士、中物院流体物理研究所研究员邓建军(Deng Jianjun)领衔的科研团队为核心，依托二十余年来在脉冲功率与 Z 箍缩技术领域深厚的研究积淀。在技术路线选择上，团队采用直线变压器驱动源(Linear Transformer Driver, 简称 LTD)架构，由 72 个 LTD 模块并联构成，内部包含总计 10.8 万个基础放电单元，展现出极高的技术就绪度与能量转换效率。

在系统的功率流链路设计中，CZFF 实现了从初级功率源到靶区的高效能量传输。全装置通过 72 条同轴水传输系统分三层汇入，过渡为双板传输线后接入由六层构成的真空绝缘堆，最终经磁绝缘传输线(MITL)和三柱孔汇流(TPHC)将强大电流精准输送至位于地下靶区中心的负载。电路仿真结果表明，该驱动源可向负载传递峰值约 54 MA、上升时间 130 纳秒的电流脉冲，预期将产生约 10 兆焦(MJ)的 X 射线辐射、超过 $10^{18}$ 个氘氚聚变中子产额及超过 300 电子伏特(eV)的黑腔温度。

尽管概念设计展现出广阔的应用前景，研究团队在论文中同样客观剖析了亟待攻克的关键工程风险，重点涵盖真空绝缘堆在高电位下的真空沿面闪络防范，以及三柱孔汇流区内等离子体膨胀导致的损失电流抑制。未来，团队计划依托 10-MA 级等现有脉冲功率平台开展深入验证与绝缘结构优化，为该革命性实验平台的最终落地奠定坚实基础，全面支撑我国聚变能源与前沿高能物理研究的高质量发展。