Commonwealth Fusion Systems (CFS) 和麻省理工學院的等離子體科學與聚變中心 (PSFC) 披露了對磁場強度為 20 特斯拉的高溫超導 (HTS) 磁體的成功測試。麻省理工學院的研究人員和初創公司 Commonwealth Fusion Systems (CFS) 在一次會議上表示，這是地球上產生的同類磁場中最強的磁場，為建造第一座聚變發電廠開辟了道路。

創造融合所需條件的最重大挑戰之一是磁鐵。使用 MIT-CFS 合作開發的磁體技術來構建和限制產生比消耗更多能量的等離子體是可行的。

“麻省理工學院和 CFS 之間這種獨特的伙伴關系和合作使我們能夠靈活快速地設計、構建和測試這種磁鐵，我們能夠利用每個組織的優勢并在此基礎上建立一個團隊，將這項技術應用于氣候危機要求的快速時間表，”麻省理工學院等離子體科學與聚變中心主任丹尼斯懷特在新聞發布會上說。

不可否認，聚變的障礙是技術和科學，但如果得到證明，這項技術可能會成為一種無碳、無限的能源，可以在全球傳播。MIT-CFS 團隊的演示是向回答有關 SPARC 項目可行性的最緊迫問題邁出的重要一步。SPARC 旨在獲得至少為 2 的 Q 因子，這意味著產生的聚變能量是維持反應“泵入”的能量數量的兩倍。演示設備 SPARC 計劃于 2025 年完成。

“所以，這里的目標基本上是一個小型高中體育館大小的發電廠，它產生的電力與零碳的燃煤電廠一樣多。燃料是氫，它來自水，我們有取之不盡的供應。所以它是零碳，它是取之不盡的廉價燃料供應，它產生的電力與燃煤發電廠的發電量一樣多，”麻省理工學院研究部副總裁 Maria Zuper 在新聞發布會上說。 ?

聚變能

聚變是為太陽提供動力的過程，從兩個小原子形成一個更大的原子，釋放出大量需要高溫的能量。要在地球上捕獲太陽的能量來源，您需要一種方法來獲取它，通過將非常熱的東西（例如 100,000,000 度或更高）絕緣，并防止它與任何固體接觸并冷卻下來。

磁場保留了質子和電子（等離子體）的集合，從而形成了一種看不見的斗篷。磁場對帶電荷的粒子施加顯著的控制。被稱為托卡馬克的甜甜圈形結構是最流行的容納它們的設計。世界各地已經創建并成功運行了 150 多個托卡馬克，每個都通過接近融合點來展示其功能。研究人員指出，雖然這些設備中的大多數使用銅電磁鐵來產生磁場，但在法國開發的最新和最大版本的 ITER 使用所謂的低溫超導體。

據研究人員稱，MIT-CFS 核聚變工作的主要創新之處在于使用了高溫超導體，它可以產生相當強的磁場，從而產生更小的托卡馬克。這個概念是由一種扁平帶狀的新型超導材料（稀土鋇銅氧化物，也稱為 ReBCO）實現的，這種材料在幾年前開始商業化。使用新型高溫超導磁體可以應用從托卡馬克實驗操作中獲得的數十年的實驗知識。?

圖 1：磁鐵項目（來源：麻省理工學院）

磁鐵項目

據研究人員稱，開發這種磁鐵需要經過三年嚴格的設計、供應鏈開發和生產工藝開發。他們使用物理模型和 CAD 設計完成了許多開發和原型設計。

據研究人員稱，這種新磁鐵通過一系列步驟逐漸充電，直到達到 20 特斯拉的磁場，這是“高溫超導聚變磁鐵所能達到的最大磁場強度”。磁鐵由 16 塊板組成，這些板相互疊放。研究人員還提到，為了產生強磁場，材料必須包含在堅固的金屬結構中以保持力。

“所以，把它放在上下文中，這種磁鐵的規模和性能類似于麻省理工學院實驗中使用的非超導體磁鐵，Alcator C-Mod，這是五年前結束的。耗電量上的差異相當驚人：因為是普通的銅質導電磁鐵，所以產生圍壓磁場需要消耗大約2億瓦的能量。這個新磁鐵大約有30瓦。因此，提供限制磁場所需的能量減少了大約 1000 萬倍。這很明顯，為什么現在使用高場超導設備會產生來自聚變的凈能量——我們不必使用如此多的能量來提供限制磁場，”丹尼斯·懷特說。

圖 2：研究人員在實驗期間工作（來源：麻省理工學院）

在麻省理工學院等離子體科學與聚變中心進行的關鍵測試表明，按比例構建的磁鐵可以維持超過 20 特斯拉的磁場，這是 CFS 的小型托卡馬克裝置（稱為 SPARC）所需要的。展示來自聚變的凈能量。

該測試主要涉及將磁鐵置于超導溫度，并且可以在不消耗大量能量的情況下產生磁場。就其產生的場強大小而言，其性能足以構建 SPARC 并展示所有關鍵指標：磁鐵在 20 特斯拉下保持足夠長的時間將磁鐵置于本質上是穩定狀態，正如研究人員所定義的那樣，這意味著，從磁鐵的角度來看，就注入磁鐵的電流和溫度而言，它是完全平衡的。 ?

麻省理工學院的研究人員強調，下一步將是在磁鐵運行成功的基礎上構建 SPARC。顯然，仍然存在許多挑戰（尤其是經濟挑戰），但道路似乎在走下坡路。??

審核編輯 黃昊宇