Z Machine

位于美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室中的ZMachine是世界上最强大的辐射源之一。其利用强磁场，配合大电流，以产生高温、高压和强劲的X射线，用于高能量密度科学研究。

1、应用情况

长期以来，ZMachine为实验室的计算机模拟提供关键信息，主要用于测试美国核储备情况。而天体物理学家也会使用ZMachine打造极端状态，模拟行星内核的极端环境。

当这种设备运行后，ZMachine的超强电磁场将会作用于预热后的燃料，触发聚变反应。

2、燃料引入放射性氚

研究人员在ZMachine的燃料中引入放射性氚，其将氚和氘的混合物加注到设备的燃料之中，能够激发出更大的能量。研究人员指出，当燃料与设备电磁场融合后，能够将中子的转化效率提高80多倍。最新的研究表明，其通过新方法产生的能量将是现有最大能量的500倍。

随着氚元素的加入，ZMachine有效提高了产生中子上限，释放的中子量能够达到原有的80多倍。此外，相对于仅仅采用氘或者其他辛烷值较低的燃料，氚元素的加入能够让ZMachine产生的能量达到现有的500多倍。

桑迪亚脉冲能量加速器科学与技术团队的高级经理迈克·库尼奥(MikeCuneo)指出，“此前并没有能够创造出如此巨大能源的设备。换句话说，我们面前的不再是原始的篝火，而是先进的喷灯。”

进展

2016年时，研究人员关于在燃料中外加氚的实验依旧处于早期阶段，预计最早在三年后，该实验能够将燃料中氚和氘的混合比例提高到50:50。

2016年7月份，研究人员进行了一次关于设备硬件以及仪器仪表的运行测试。三个星期之后，研究人员第一次在燃料中加入了氚进行实验，其仅仅占到燃料总量的百分之一。

同时期，在美国境内，仅仅有两家氚实验室，能源发生器支持使用氚做燃料，其中包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室以及罗切斯特大学的激光能量实验室。

安全评估

由于氚分子极小，其半衰期长达12年，对环境有着潜在的影响和危害。研究人员在实验中也采取了积极的预防措施，以确保这种放射性物质不会污染到ZMachine设备的冷却水。

库尼奥指出，“目前我们的实验还处于摸索阶段。今后我们将在实验燃料中逐步增加氚的比例。但是氚分子体积太小，就像海滩上的沙子，会渗透到设备的任何部位。因此，目前我们的实验还很谨慎。因为ZMachine还没有相应的存储设备。”

研究人员指出，氚分子会依附到ZMachine设备中心区域的金属壁上，从而会造成潜在的放射性危害。因此每天ZMachine在运行之后，技术人员需要进入其中进行清理。但目前为止，在实验中尚未存在氚分子泄漏的情况。

设备集成部负责人布伦特·琼斯（BrentJones）指出，“氚的使用在设施控制以及辐射防护方面有着相当高的要求。值得庆幸的是，桑迪亚—加利福尼亚天然气传输集团在处理氚方面有着几十年的经验，其在氚的储存、运输以及放置方面有着独特的方法。他们开发了一种装置，可以加载一定数量的氚。”

研究人员依旧在评估是否能够将氚用于非限制的实验中。

目前的限制性实验仅仅能够测试设备材料耐受性以及对压力的兼容度，但还不能精确确定聚变反应的程度。项目负责人库尼奥表示,“在ZMachine引入含氚燃料仅仅是实验的第一步。目前还有很多工作要做。譬如如何清除ZMachine设备中心金属壁上残留的氚分子问题。初步想法是在反应后立即清除氚分子，使其不再粘附在金属壁上。我们需要将设备中心的放射性水平降低到安全边界之内，然后再让技术人员进行清理。”

一旦在实验中放开限制，研究人员也称起初使用的氚含量也非常小，随后逐步增加剂量。

库尼奥称，“我们希望能够在非限制实验中安全处理1%到3%的氚，这将足以为聚变反应、相关武器的科学实验以及中子效应测试提供足够的能量。”