科學家們首次使用超導電磁鐵創造了20特斯拉的磁場強度,這是地球上有史以來最強的磁場。研究人員說,這是一個積極的步驟,證明聚變發電廠將有一天能夠產生比他們消耗更多的能量。
經過三年的合作,麻省理工學院(MIT)和馬薩諸塞州劍橋市的初創公司英聯邦融合系統(CFS)在9月5日達到了20特斯拉的里程碑。(特斯拉是每平方米磁通量的公制單位。)這一突破是一件大事,但超導電磁鐵也有同樣重要的地方:它們符合被認為是“高溫”的要求。
超導磁體由統稱為超導體的材料製成,超導體通常是金屬和合金,它們被冷卻,直到它們以幾乎零電阻導電。但發生這種變化的溫度影響很大。
傳統的(“低溫”)超導體必須冷卻到接近絕對零度,即零下273攝氏度。但這需要龐大的基礎設施網路和大量的能源。與此同時,高溫超導體可以在零下173攝氏度左右的高溫下工作,這仍然是非常冷的,但需要的能量和體積要小得多。
新型高溫超導材料,在一個平面的形式,帶狀磁帶,可以在更小的裝置,實現更高的磁場等於裝置的效能,達到40倍體積的使用傳統的低溫超導磁體。
這一切是如何融入核聚變能源的競賽的呢?首先,磁鐵是核聚變反應堆的關鍵。典型的聚變反應堆大致呈甜甜圈(或“圓環”)形狀,有絕緣層和包含太陽熱元素等離子流的結構。等離子體會立即熔化地球上的幾乎所有物質,所以用地球上最強大的磁鐵將其固定在合適的位置是有道理的。
到目前為止,沒有聚變反應堆產生淨功率,這意味著輸出的能量超過了反應堆啟動和執行所需的能量。事實上,還沒有人真正接近,這就是為什麼公眾把核聚變看作是一個“音樂人”的推銷詞——總是十年之後,從來沒有兌現過它的承諾。
這也是磁鐵如此重要的另一個原因。透過增加磁場強度,科學家可以在託卡馬克反應堆中使用更少的能量。這將使等離子體點火或淨生產核聚變能量的想法離我們更近一步。
大型國際等離子體託卡馬克反應堆ITER宣佈將在2025年發射首個等離子體。麻省理工學院使用這種新型磁體的測試反應堆被稱為SPARC,它採用了一種不那麼傳統的設計,按照自己的時間表進行。但清潔、充足的能源的未來可能比我們想象的更近。