陈根：强大电磁铁，有助实现聚变核能
文|陈根
托卡马克(Tokamak)是一种环形装置，可以通过约束电磁波驱动创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。受控热核聚变在常规托卡马克装置上已经实现。但常规托卡马克装置体积庞大、效率低，突破难度大。
上世纪末，科学家们把新兴的超导技术用于托卡马克装置，使基础理论研究和系统运行参数得到很大提高。据科学家估计，可控热核聚变的演示性的聚变堆将于2025年实现，商用聚变堆将于2040年建成。
不久前，中国的全超导托卡马克核聚变实验装置“东方超环”刷新了世界纪录：在其第98958次放电中，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，是1亿摄氏度20秒原纪录的5倍。
近日，麻省理工学院(MIT)的研究人员成功开发出一种高温超导磁铁，其磁场强度达到20 Teslas，打破有史以来最强磁场强度的世界纪录，该磁铁或将成为开启核聚变并向世界提供清洁无碳能源的进程加速。
新磁铁由16个板块堆叠在一起组成，高约3米，利用一种叫做ReBCO的超导材料。在大约两周的运行时间内，它能够达到破纪录的20特斯拉的磁场强度。此外，被束缚的等离子体可以被加热到1亿摄氏度或更高的温度，从而能够触发核聚变反应。
人工聚变反应以前也曾发生过，但到目前为止，它们运行所消耗的能量总是大于产生的能量(保持这些磁场以容纳等离子体需要大量的能量)。通过改进磁体，研究人员有望开发出第一个最终生产出能量大于消耗的反应堆。
值得一提的是，有了该磁体，就有可能在体积仅之前1/40的反应堆中获得类似的性能。而且，用于驱动反应堆的燃料将是水中的氢同位素——由于我们拥有几乎无限的水，这些反应堆几乎可以无限期地运行。
未来，有望在2025年前，研究人员能够将他们开发的强大的新磁铁排列到托卡马克反应堆中，并由此产生净正核聚变。