摘要：一家总部位于日本京都的初创公司，刚刚成功演示了一项可以从超过400摄氏度的熔融金属中高效提取氢同位素的技术。这一突破被视为解决了商业核聚变能源最棘手的挑战之一——建立可持续且自我维持的燃料供应系统——的关键一步，为未来聚变电站的连续运行铺平了道路。
信息来源：https://interestingengineering.com/energy/japan-system-extracts-nuclear-fusion-fuel
一家总部位于日本京都的初创公司，刚刚成功演示了一项可以从超过400摄氏度的熔融金属中高效提取氢同位素的技术。这一突破被视为解决了商业核聚变能源最棘手的挑战之一——建立可持续且自我维持的燃料供应系统——的关键一步，为未来聚变电站的连续运行铺平了道路。
这家名为京都聚变工程（Kyoto Fusioneering）的公司宣布，其专有的“真空筛盘”（Vacuum Sieve Tray, VST）技术已经通过了初步测试验证。该技术的核心目标，是从液态锂铅（LiPb）合金中捕获并回收氚，一种在自然界中极为罕见、但对当前主流核聚变反应至关重要的氢同位素。
这一进展直接关系到核聚变能否从一个宏大的科学实验，转变为一个可靠的商业能源。未来的聚变反应堆，如国际热核聚变实验堆（ITER），将被设计成一个能够“自我造血”的系统。它们在通过氘-氚（D-T）反应产生巨大能量的同时，利用反应释放的高能中子轰击包裹在反应室周围的“毯层”（Blanket）模块，从而在内部“繁殖”出新的氚燃料。
理论上，这个循环可以使聚变电站实现燃料自给自足。然而，一个长期存在的工程瓶颈是：如何将新生成的、以气态形式溶解在高温液态金属“毯层”中的氚，安全、高效、且连续地提取出来。
京都聚变工程公司的新技术，正是为了攻克这一难题。
“金属雨”中捕获燃料：VST技术原理
VST系统的工作原理在概念上颇为精巧。在其实验设施UNITY-1中，工程师们将富含氢同位素（在初期测试中使用氘和氢作为替代物）的液态锂铅合金加热至工作温度，然后将其注入一个大型真空腔室的顶部。
在腔室内部，多层筛盘构成了核心组件。当高温的液态金属流经这些筛盘时，它被分散成无数微小的液滴，形成一场壮观的“金属雨”。这个过程极大地增加了液态金属与真空环境的接触表面积。在物理学原理的驱动下，溶解在金属液滴中的氢同位素气体便会迅速逸出，被真空系统收集起来。随后，经过提纯的液态锂铅合金则在腔室底部被回收，可以重新送回“毯层”系统，进行下一轮的氚繁殖。
“证明氢回收的有效性，是迈向可扩展聚变能源的关键一步，”京都聚变工程公司联合创始人兼首席执行官小西哲之（Satoshi Konishi）表示。“这些测试验证了聚变燃料循环系统的关键组件，让我们的工业合作伙伴对我们在未来的商业部署中提供可靠燃料供应的能力充满信心。”
目前在UNITY-1设施中进行的测试，旨在验证VST系统的基本原理和提取效率。收集到的关键数据，将直接用于指导其在加拿大的下一个、也是更具决定性意义的项目——UNITY-2的设计和建造。
从日本到加拿大：迈向完整的“全燃料循环”
VST在模拟聚变条件下从液态锂铅（LiPb）中提取氚方面起着关键作用。 京都融合工程
如果说UNITY-1的测试是证明了“可以从液态金属中捕获燃料”，那么位于加拿大的UNITY-2项目，则旨在证明整个燃料循环系统的“闭环可行性”。
这个项目是京都聚变工程公司与加拿大核实验室（CNL）的合资企业，正式名称为“独特综合测试设施”（Unique Integrated Test Facility for Fusion Fuel Cycle）。它将成为世界上第一个在单一设施内，以接近商业聚变的规模和条件，展示完整“全回路”氚燃料循环的平台。
该项目已于近期正式进入建设阶段，工作人员正在安大略省的乔克河实验室（Chalk River Laboratories）拆除旧有设备，为新系统腾出空间。
与仅专注于提取环节的UNITY-1不同，UNITY-2的目标是整合并测试从头到尾的所有燃料处理步骤。这包括：
燃料注入：模拟向聚变堆芯注入燃料。乏燃料处理：处理从堆芯排出的、混合了氦等杂质的“废气”。氚提取：使用VST技术从液态锂铅中回收新繁殖的氚。提纯与同位素分离：去除杂质，并将氘、氚等不同氢同位素精确分离。储存与再供应：安全储存提纯后的氚，并准备好将其再次注入反应堆。这个设施的设计目标是在24小时的周期内，连续循环处理多达30克的纯氚，并已获得许可将其运营规模扩大到100克。这个处理量对于验证商业聚变电站的燃料循环经济性和可靠性至关重要。通过在真实氚环境下运行全套系统，研究人员将能发现并解决在理论或小规模实验中无法预见的各种工程挑战，例如材料的兼容性、氚的渗透与滞留问题，以及系统的长期稳定性。
全球竞赛中的关键拼图
京都聚变工程公司的进展，是全球范围内加速商业聚变能源竞赛的一个缩影。当公众的目光大多聚焦在如何实现“点火”和能量增益这些核心物理问题上时，像燃料循环这样的外围支撑技术，实际上同等重要，它们共同决定了聚变电站能否7天24小时不间断地稳定运行。
一个稳定、高效的氚燃料闭环系统，是聚变能源区别于传统核裂变的关键优势之一。它意味着聚变电站的燃料几乎完全在内部产生和消耗，极大地减少了对外部燃料供应的依赖，也避免了乏燃料的长期储存问题。
此次VST技术的成功验证，以及UNITY-2项目的启动，表明私营企业和公私合营机构正在聚变能源产业链的各个细分领域取得扎实的工程突破。它们正在将过去停留在蓝图上的复杂概念，一步步转化为坚实的硬件和可靠的工艺流程。虽然距离真正的“人造太阳”照亮千家万户还有很长的路要走，但像京都聚变工程公司这样的创新者，正在为这条道路铺设最不可或缺的基石。
来源：人工智能学家