わずか2マイクロ秒しかかからない2.5 MJの複雑な核融合発射の制御に使用
はじめに：
核融合は長い間、エネルギー生成の最終目標と見なされてきました。重水素とトリチウム原子を一緒に粉砕すると、それらが結合しエネルギーが放出されます。これが太陽の中心で起こる核融合反応です。核融合は危険な廃棄物がなく、海水からこれらの原子が事実上無限に供給されているため、核融合研究に数十億ドルが費やされています。ただし、地球上で温度と圧力の極端な条件を再現することは容易ではありません。First Light Fusion（FLF）と呼ばれる英国の会社は核融合への非常に異なるアプローチの先駆者であり、2024年までにフュージョンゲインを達成することを目標にしています。核融合に必要な条件を達成するために、非常に高いレベルの精度を必要とする目標で超高速に発射体を発射し、結果を監視するためにSpectrum製のデジタイザを選択しました。
Machine 3は200 kJの運動エネルギーを発射します：
FLF社のMachine 3は、発射体を電磁的に発射するように構成されており、実験が行われる中央の真空チャンバーの周囲に放射状に配置された6つのバンクのコンデンサで構成されています。コンデンサは1分間で200,000ボルトまで充電され、蓄積された電気エネルギーは2マイクロ秒未満で放電されます。これにより最大1400万アンペアの強力な磁場が生成され、発射体が毎秒20 kmに近い速度で中心に発射し、200 KJの運動エネルギーが供給されます。FLFは昨年3本のリムの発火をテスト後、現在6本のリムのフルマシンの試運転に成功し、科学実験を開始しました。各放電は、500回の同時落雷に相当します。放電ごとに合計2.5 MJが使用されたこれまでの進捗により、2024年までにフュージョンゲインを達成する確信が得られました。
FLF社のPulsed Power責任者であるPaul Holligan氏は次のように説明しました。「私達は、核融合を達成しようとしている他の組織とは異なる別のアプローチがあります。レーザーや強力な磁場は使用していませんが、これらは非常に複雑でコストのかかるものです。ドライバー技術としてパルス電力を選択することで、この分野のコストと複雑さを削減しました。実際には、ターゲットの設計と形状を完成させることが課題です。ここで独自のIPを確立し、シミュレーションおよびモデリング機能を開発しています。これは新しい科学の段階です。それを超えて、現実的な時間枠内でシンプルかつ安価なクリーンエネルギーを達成するためのパスを明確に見ることができます。 私たちは、子供たちが継承する価値のある世界に力を与えたいと思っています。」
256chのデジタイザ (A/Dボード) がマシン診断を取得：
この設計の課題の1つは、ナノ秒レベルの精度が必要な6つすべてのリムの発火の同時性を保証することです。電気エネルギーは、ペアで配置された192個のコンデンサに保存され、96個のペアのそれぞれは電圧を抑え、関与する巨大な電流を転送できる特注のスイッチによって制御されます。発射後、Spectrum製 M2i.4912-expデジタイザ (A/Dボード) を使用して各コンデンサから数百の機械診断を取得し、10MS/s（100ns時間間隔）のサンプリングレートで電流と電圧の読み取り値をカバーするリム内の多数のプローブと共に切り替えます。32枚のカードは、Spectrum社のStar-Hub機能を使用して16枚の2つのバンクにリンクされ、256chの全入力チャンネルで同期性を確保します。この構成により、将来必要に応じて追加チャネルを柔軟に拡張できます。
「この同期機能は、Spectrum社を選択した重要な理由でした。」とPaul Holligan氏は付け加えました。「すべてがナノ秒単位で発生するため、発射とデータ収集の精度が最も重要です。発射するたびに貴重なデータが提供され、そのデータの品質に自信を持っていることから、この機器からエラーが発生する可能性はありません。他のサプライヤからの提案も検討しましたが、それらは私たちが必要とするものに対して非常に過剰スペックで、それに匹敵する莫大な価格で、または必要な要件を提供できませんでした。Spectrum社のソリューション提案の細部への注意に非常に感銘を受け、機器が私達の仕様に完全に適合することを確認しました。また、価格は競争力があったため、当然の選択でした。」
慣性閉じ込め核融合：
FLF社の創始者の1人は、ピストルシュリンプに触発され、それは爪の1つをクリックして水中に空洞を作りプラズマが爆発して熱を発生させ、その結果獲物を驚かす衝撃波が発生するものです。崩壊の正確なメカニズムは慣性閉じ込めであり、この現象の唯一の自然発生例です。FLFはこれを使用して、巨大な封じ込めメカニズムを必要とする複雑さを排除し爆発現象の複雑さを管理して、融合が発生するために星の中心にある温度と圧力を作り出すことに焦点を当てています。慣性閉じ込めとは、磁場やレーザーではなくプラズマが慣性によって一緒に保持されることを意味します。どちらも維持するために大量のエネルギーを必要とするため、動作にエネルギーの一部を使用するFLFのシステムよりも核融合の達成がはるかに困難です。効果的に、FLFはフュージョンゲインを達成する必要があるエネルギー生成しきい値を劇的に下げました。
First Light Fusion社について：
First Light Fusion社は、現在ロンドン大学ユニバーシティカレッジの機械工学部長であるYiannis Ventikos教授と、以前オックスフォード大学のLady Margaret Hallの工学講師だったNicholas Hawker博士によって設立されました。同社は2011年7月にオックスフォード大学からスピンアウトされ、IP Group plc、Parkwalk Advisors Ltd、および民間投資家からシード資金を得ており、InvescoとOSIは追加資本を提供しました。このビジネスは、研究に焦点を合わせた大学プロジェクトから、核融合エネルギーを機能させる方法の戦略だけでなく、技術に基づいた持続可能なビジネスモデルを開発した本格的な企業に発展しました。このチームは、関連する科学および工学分野の専門家と、今後の課題に対処するために必要な管理経験者で構成されます。同社は世界クラスのアドバイザリーを引き付けることができました。つまり、数十年にわたる関連経験から利益を得て、ビジョンを実現するための道を合理化できることを意味しています。
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原文ドキュメント：Spectrum Instrumentation社
cs_spectrum_digitizer_used_in_fusion_research.pdf
Digitizers from Spectrum used in race to create fusion reactor for limitless clean energy
関連製品
M2p.5923-x4：20MHz A/D ボード (PCIe)
M2p.5933-x4：40MHz A/D ボード (PCIe)
Spectrum Instrumentation社について
Spectrum社は、Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbHとして1989年に設立され、2017年にSpectrum Instrumentation GmbHに改名されました。最も一般的な業界標準（PCIe、LXI、PXIe）で500を超えるデジタイザおよびジェネレータ製品を作成するモジュール設計のパイオニアです。これら高性能のPCベースのテスト&メジャーメントデザインは、電子信号の取得・生成および解析に使用されます。同社はドイツのGrosshansdorfに本社を置き、幅広い販売ネットワークを通じて世界中に製品を販売し、設計エンジニアによる優れたサポートを提供しています。 Spectrum社の詳細については、www.spectrum-instrumentation.comを参照してください。