改变全球能源格局：麻省理工学院研制出世界上最强核聚变磁体

alanhsu

新型超导磁体打破了磁场强度记录，它产生的磁场大约是地球自然磁场的50万倍，为实用、商用、无碳能源铺平了道路。

9月5日，经过三年的深入研究和设计工作，由麻省理工学院等离子体科学与聚变中心(PSFC)与初创公司Commonwealth Fusion Systems（简称 CFS）设计和建造的大口径、全尺寸（长2米、宽1米）高温超导磁体已经展示了破纪录的20特斯拉磁场，大约是地球自然磁场的50万倍，成为是世界上最强的核聚变磁体。随着该项技术的成功展示，MIT-CFS合作有望在2025年建造世界上第一座发电量大于消耗量的核聚变发电站，名为SPARC。同时为建立实用、廉价、无碳的发电厂铺平了道路。由于核聚变能利用的燃料是氘（D）和氚。氘在海水中大量存，因此，核聚变能也被称之为一种“取之不尽用之不竭”的新能源。

瓶子里的“太阳”
核聚变是为太阳提供能量的过程：两个轻原子核结合成较重原子核时放出巨大能量。为了在地球上捕获太阳的能量源，需要一种材料来捕获和容纳热的东西（1亿度以上）——通过以一种防止它与任何固体接触。但是这个过程产生的温度远远超过任何固体材料所能承受的温度，而这一问题是通过“磁约束”解决，磁场形成一种无形的“瓶子”，里面装着等离子体，通过可托卡马克装置（常用的控核聚变反应装置，利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。）将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

MIT-CFS核聚变设计的主要创新是使用高温超导体，它可以在更小的空间内产生更强的磁场。这种设计是由一种新型超导材料——稀土钡氧化铜(REBCO)。迄今为止，要想制造出能够容纳加热到数亿度的等离子体的磁性““瓶子”所需的强大磁场，唯一的方法就是让它们变得越来越大。但是，以金属扁平胶带状制成的新型高温超导体材料可以在更小的设备中实现更大的磁场，相当于在尺寸大40 倍的设备中实现的性能。

MIT-CFS历时三年将这种新的核聚变磁体概念变为现实。

研究人员在试验中采用了两种可能的磁铁设计，最终都满足了设计要求。试验过程测试中，新磁铁通过一系列步骤逐渐通电，直到达到 20 特斯拉磁场的目标——这是高温超导聚变磁铁有史以来的最高场强。这块磁铁由 16 块板叠在一起组成，每块板自身就是世界上最强大的高温超导磁铁。

未来
下一步将是建造SPARC核聚变发电站，这是计划建造的ARC核聚变电站的小规模版本。一旦SPARC的成功运行，将证明一个全面的商业运行的核聚变发电厂是可行的，为快速设计和建造商用可控核聚变发电站扫清了道路，让核聚变发电成为未来清洁能源的核心，改变未来世界能源格局。