由于一種新型超導(dǎo)磁體的出現(xiàn)，聚變能這一難以捉摸的目標(biāo)可能更接近現(xiàn)實。日前，美國聯(lián)邦聚變系統(tǒng)（CFS）公司在線上新聞發(fā)布會上公布了這一長2米、寬1米的D型電磁鐵，并表示它產(chǎn)生的磁場大約是地球自然磁場的50萬倍，是任何類似超導(dǎo)磁鐵強(qiáng)度的兩倍。研究人員表示，磁體技術(shù)應(yīng)該能使他們在2025年前建造一個相對較小的聚變發(fā)電廠原型。但在此之前，他們還必須克服多種其他技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　CFS2018年從麻省理工學(xué)院分立，致力于開發(fā)由特殊高溫超導(dǎo)材料制成的磁體，這種材料可以產(chǎn)生強(qiáng)度是傳統(tǒng)超導(dǎo)磁體兩倍的磁場。

　　聚變反應(yīng)堆或托卡馬克，旨在捕獲氘和氚（氫的重同位素）的原子核聚變產(chǎn)生氦和高能中子時釋放的能量。為了實現(xiàn)這一點，托卡馬克依靠強(qiáng)磁場在圓環(huán)形真空室內(nèi)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產(chǎn)能比耗能更多的托卡馬克，而且他們一直認(rèn)為反應(yīng)堆要很大才能實現(xiàn)“收支”平衡。例如，法國正在建設(shè)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的研究人員表示，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。他們通過使用由高溫超導(dǎo)體稀土鋇銅氧化物組成的線圈來制造所需的磁鐵，而不是鈮錫這樣的普通超導(dǎo)金屬。當(dāng)超導(dǎo)體冷卻到接近絕對零度時，只要電流和磁場不太大，超導(dǎo)體就可以無電阻地傳輸電流。

　　麻省理工學(xué)院等離子體物理學(xué)家和工程師Brian LaBombard說，主要的挑戰(zhàn)是要設(shè)計一種磁體，它能承受磁場本身對載流線圈產(chǎn)生的巨大機(jī)械應(yīng)力。

　　“你可以把它想象成給氣球加壓?！彼f。普通的超導(dǎo)體可以被設(shè)計成堅固耐用的線圈，但是高溫超導(dǎo)體由一種相對脆弱的磁帶制成的。因此，CFS的研究人員想出了一種設(shè)計，在較強(qiáng)的金屬層之間夾著薄磁帶。

　　在最近的測試中，新磁鐵產(chǎn)生了20特斯拉的磁場，持續(xù)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，有了磁鐵，它們已經(jīng)準(zhǔn)備好向下一個目標(biāo)進(jìn)發(fā)：開發(fā)一個名為SPARC的原型反應(yīng)堆，就像ITER一樣?！斑@種磁體使我們能在與商業(yè)規(guī)模上開發(fā)制造工藝、設(shè)備和供應(yīng)鏈?！?CFS的制造工程師Joy Dunn說。

　　然而，一個磁鐵本身并不能構(gòu)成托卡馬克。去年，美國國家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)院的一份報告指出，要在2040年前實現(xiàn)聚變發(fā)電廠的原型，該領(lǐng)域還必須克服許多其他技術(shù)挑戰(zhàn)。這些需求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。

　　等離子體物理學(xué)家、CFS聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Bob Mumgaard同意這些問題必須解決。但他認(rèn)為，在一個高磁場、緊湊的托卡馬克系統(tǒng)中，解決這些問題將容易得多。