强大电磁铁有助实现聚变能
强大电磁铁有助实现聚变能
研究人员正在研究产生20特斯拉磁场的新磁铁。图片来源：GRETCHEN ERTL/CFS
由于一种新型超导磁体的出现，聚变能更接近现实了。日前，美国联邦聚变系统（CFS）公司在线上新闻发布会上公布了这一长2米、宽1米的D型电磁铁，并表示它产生的磁场大约是地球自然磁场的50万倍，是任何类似超导磁铁强度的2倍。研究人员表示，新磁体技术或能使他们在2025年前建造一个小型的聚变发电厂原型。不过，在此之前，他们还必须克服多种其他技术挑战。
2018年，CFS从麻省理工学院孵化，致力于开发由特殊高温超导材料制成的磁体，这种材料可以产生强度是传统超导磁体两倍的磁场。
聚变反应堆或托卡马克，旨在捕获氘和氚（氢的重同位素）的原子核聚变产生氦和高能中子时释放的能量。为了实现这一点，托卡马克依靠强磁场在圆环形真空室内捕获和挤压超高温电离气体或等离子体。
不过，研究人员还没有建造一个产能比耗能更多的托卡马克，而且他们一直认为反应堆要很大才能实现“收支”平衡。例如，正在建设的国际热核聚变实验堆ITER，就有一个高11米、宽19米的真空室。
但CFS研究人员表示，有了高磁场的磁铁，托卡马克就可以大大缩小，因此会更便宜，也更容易建造。他们使用由高温超导体稀土钡铜氧化物组成的线圈制造所需的磁铁，而不是铌锡等普通超导金属。当超导体冷却到接近绝对零度时，只要电流和磁场不太大，超导体就可以无电阻地传输电流。
麻省理工学院等离子体物理学家和工程师Brian LaBombard说，主要的挑战是设计一种磁体，它能承受磁场本身对载流线圈产生的巨大机械应力。
“你可以把它想象成给气球加压。”他说。普通的超导体可以被设计成坚固耐用的线圈，但高温超导体是由一种相对脆弱的磁带制成的。因此，CFS研究人员想出了一种设计，在较强的金属层之间夹薄磁带。
在最近的测试中，新磁铁产生了20特斯拉的磁场，持续了约5小时。CFS研究人员表示，他们可以无限期地维持这个磁场。该公司表示，有了新磁铁，它们已经准备好向下一个目标进发：开发一个名为SPARC的原型反应堆，就像ITER一样。
然而，一个磁铁本身并不能构成托卡马克。去年，一份报告指出，要在2040年前实现聚变发电厂原型，该领域还必须克服许多其他技术挑战。这包括能够直面等离子体的热量和中子轰击的材料，以及从真空室排出热氦的更好方案。（文乐乐）