研究人員正在研究産生20特斯拉磁場的新磁鐵。圖片來源：GRETCHEN ERTL/CFS
由于一種新型超導磁體的出現，聚變能更接近現實了。日前，美國聯邦聚變系統（CFS）公司在線上新聞發布會上公布了這一長2米、寬1米的D型電磁鐵，并表示它産生的磁場大約是地球自然磁場的50萬倍，是任何類似超導磁鐵強度的2倍。研究人員表示，新磁體技術或能使他們在2025年前建造一個小型的聚變發電廠原型。不過，在此之前，他們還必須克服多種其他技術挑戰。
2018年，CFS從麻省理工學院孵化，緻力于開發由特殊高溫超導材料制成的磁體，這種材料可以産生強度是傳統超導磁體兩倍的磁場。
聚變反應堆或托卡馬克，旨在捕獲氘和氚（氫的重同位素）的原子核聚變産生氦和高能中子時釋放的能量。為了實現這一點，托卡馬克依靠強磁場在圓環形真空室内捕獲和擠壓超高溫電離氣體或等離子體。
不過，研究人員還沒有建造一個産能比耗能更多的托卡馬克，而且他們一直認為反應堆要很大才能實現“收支”平衡。例如，正在建設的國際熱核聚變實驗堆ITER，就有一個高11米、寬19米的真空室。
但CFS研究人員表示，有了高磁場的磁鐵，托卡馬克就可以大大縮小，因此會更便宜，也更容易建造。他們使用由高溫超導體稀土鋇銅氧化物組成的線圈制造所需的磁鐵，而不是铌錫等普通超導金屬。當超導體冷卻到接近絕對零度時，隻要電流和磁場不太大，超導體就可以無電阻地傳輸電流。
麻省理工學院等離子體物理學家和工程師Brian LaBombard說，主要的挑戰是設計一種磁體，它能承受磁場本身對載流線圈産生的巨大機械應力。
“你可以把它想象成給氣球加壓。”他說。普通的超導體可以被設計成堅固耐用的線圈，但高溫超導體是由一種相對脆弱的磁帶制成的。因此，CFS研究人員想出了一種設計，在較強的金屬層之間夾薄磁帶。
在最近的測試中，新磁鐵産生了20特斯拉的磁場，持續了約5小時。CFS研究人員表示，他們可以無限期地維持這個磁場。該公司表示，有了新磁鐵，它們已經準備好向下一個目标進發：開發一個名為SPARC的原型反應堆，就像ITER一樣。
然而，一個磁鐵本身并不能構成托卡馬克。去年，一份報告指出，要在2040年前實現聚變發電廠原型，該領域還必須克服許多其他技術挑戰。這包括能夠直面等離子體的熱量和中子轟擊的材料，以及從真空室排出熱氦的更好方案。（文樂樂）
來源： 《中國科學報》
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