夢(mèng)幻能源核聚變，正在依靠新型磁鐵實(shí)現(xiàn)

文／陳根

實(shí)現(xiàn)核聚變對(duì)于未來(lái)的清潔能源具有重要意義。事實(shí)上，太陽(yáng)和其他恒星之所以能夠發(fā)光發(fā)熱就是因?yàn)樗鼈儍?nèi)部的核聚變反應(yīng)。如果我們可以在地球上利用聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量，就意味著我們可以使用少量的燃料，創(chuàng)造源源不斷的能量，并且還不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，核聚變就是兩個(gè)氫原子，加上足夠的熱量和壓力，融合在一起聚變成氦原子的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，部分氫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱量，這個(gè)熱量可以用來(lái)發(fā)電。但是，其中的挑戰(zhàn)就在于，在地球上啟動(dòng)核聚變，你需要將氫同位素加熱到數(shù)億度的高溫，使它們獲得足夠的能量，分解成為等離子體。

然而，控制高能等離子體并不容易。恒星可以依靠引力來(lái)控制等離子體，但是在地球上，最常見(jiàn)的辦法就是用強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體，這就是國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆需要強(qiáng)大的超導(dǎo)磁鐵的原因。

現(xiàn)在，一個(gè)由普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）的科學(xué)家開(kāi)發(fā)的新磁鐵能夠通過(guò)促進(jìn)核聚變發(fā)電所需的超熱和持續(xù)的等離子體流類型成為現(xiàn)實(shí)，這些甜甜圈形狀的設(shè)備被設(shè)計(jì)用來(lái)限制環(huán)形的等離子體流，使原子在極端的壓力和熱量下融合在一起，持續(xù)釋放出巨大的能量。

其中，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的等離子體流的一個(gè)困難是它們對(duì)中央電磁鐵的狀況構(gòu)成的威脅，這是一個(gè)產(chǎn)生電流和磁場(chǎng)的螺線管。被稱為中子的高能亞原子粒子從等離子體中噴出，可以侵蝕磁鐵線圈的絕緣層，影響其性能和壽命。

為了開(kāi)發(fā)他們的新型磁鐵，研究人員們制作了由鈮和錫制成的電線，這些電線以一種特殊的方式被加熱以形成一種新型的超導(dǎo)體。這種新的布線材料允許電流在極低的溫度下流動(dòng)，并且阻力很小，這就減少了對(duì)絕緣的需求。其結(jié)果是布線不容易退化。

在研究人員的測(cè)試中，新磁鐵產(chǎn)生了電線所能承載的最大電流的83％，要知道，科學(xué)家們?cè)谠O(shè)計(jì)和建造高功率磁體時(shí)，通常只使用超導(dǎo)線材電流容量的70％。而像法國(guó)正在建造的國(guó)際核聚變?cè)O(shè)施ITER中使用的大型磁體，通常只使用50％。

不僅如此，研究人員還表示，這種磁體在制造上也比目前的解決方案更簡(jiǎn)單、更便宜。而且，由于它可以在更高的電流密度下運(yùn)行，它可以在托卡馬克裝置內(nèi)占用更少的空間，同時(shí)允許產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)。

雖然一直以來(lái)，核聚變店鋪是被調(diào)侃“觸不可及的未來(lái)夢(mèng)幻能源”，但是可以看見(jiàn)的是，仍然有許多突破正在發(fā)生，以推動(dòng)核聚變?cè)诓贿h(yuǎn)的未來(lái)實(shí)用化。

原文標(biāo)題:陳根夢(mèng)幻能源核聚變，正在依靠新型磁鐵實(shí)現(xiàn)