这种强大的电磁铁可以使核聚变能源成为现实

研究人员在20特斯拉磁铁上工作，该磁铁依偎在将其冷却到20开尔文的冰箱内。

由于一种新型的超导磁体，核聚变能量这一难以捉摸的目标可能更接近现实。联邦聚变系统(CFS)的研究人员在今天的在线新闻发布会上公布了2米长、1米宽的D型电磁铁，并说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的两倍。这家总部位于马萨诸塞州的公司的研究人员表示，他们的磁铁技术将使他们能够在2025年建造一个相对较小的核聚变发电厂原型机,尽管他们承认，他们仍然必须克服其他多个技术挑战。

2018年，CFS从麻省理工学院(MIT)分离出来，致力于开发由特殊高温超导材料制成的磁体，这些材料可以产生的磁场是传统超导磁体的两倍。因此，9月5日对磁铁的成功测试，标志着该公司的胜利。等离子体物理学家、CFS联合创始人兼首席执行官鲍勃·穆加德说：“我们们从3年前甚至不知道是否存在这样一个磁铁，到现在有了它。”

聚变反应器，或托卡马克，目的是捕获氘和氚的原子核(氢的重同位素)聚变产生氦和高能中子时释放的能量。为了做到这一点，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。然而，研究人员还没有建造一个能产生比消耗更多能量的托卡马克，而且他们一直认为这样的反应堆需要很大才能达到临界点。例如，法国正在建设的国际热核反应堆托卡马克，其目标是超过临界点，它的真空室高11米，宽19米。

然而，CFS的研究人员表示，使用高场磁体，托卡马克可能要小得多，因此更便宜、更容易建造。CFS的研究人员开始通过缠绕由被称为稀土铜氧化钡的高温超导体组成的线圈，而不是像镍铁这样的普通超导金属来制造所需的磁铁。当冷却到接近绝对零度时，只要电流和磁场增长不太大，超导体携带的电流就没有电阻。高温超导体之所以得名，是因为它们在相对温和的温度下超导，一些高于液氮77开尔文以上的温度，比传统超导体能承受更高的磁场。

麻省理工学院等离子体物理学家、磁铁工程师布莱恩·拉邦巴德说，挑战主要是制造一种磁铁，能够承受磁场本身推回到载流线圈时产生的巨大机械应力。“你可以想到，这几乎就像给气球加压一样，”他说。普通的超导体可以做成坚固的电线，可以缠绕成线圈，但高温超导体是在一个相对脆弱的胶带制成的。因此，为了开发其磁铁，CFS的研究人员提出了一种设计，将薄薄的胶带夹在坚固的金属层之间。

拉邦巴德说：“你需要的金属基本上要尽可能多。”“我们的设计将其推向了极限。”在最近的测试中，这种新磁铁产生了20特斯拉的磁场，持续约5小时，尽管CFS的研究人员表示，他们可以无限期地维持磁场。该公司表示，有了磁铁，它已经准备好实现下一个目标：开发一个名为SPARC的原型反应堆，就像ITER一样，旨在表明托卡马克能产生比消耗更多的能量。在SPARC，研究人员将使用像20特斯拉原型一样的18个线圈环绕一个环形真空室。CFS的制造工程师Joy邓恩说：“这种磁铁使我们能够以与商业融合相关的规模开发制造工艺、设备和供应链。”

然而，托卡马克不能仅凭磁铁制造。去年，美国国家科学院、工程院和医学院的一份报告发现，要在2040年前实现聚变电站原型，该领域还必须克服许多其他技术挑战。在这些需求中，包括能够承受热和来自等离子体的中子轰击的材料，以及从真空室排出热氦废气的更好方案。穆加德同意这些问题必须解决。但他认为，在高场强、紧凑的托卡马克装置上解决这些问题将变得更加容易。

麻省理工学院的等离子体物理学家和工程师丹尼斯·怀特说，通常来说，新磁铁可能标志着所有聚变开发人员对未来反应堆的设想都发生了翻天覆地的变化。他说：“在我看来，这是掀起所有船只的潮流。”然而，磁铁不是托卡马克制造的磁铁。去年，美国国家科学、工程和医学学院的一份报告发现，要到2040年使原型融合发电厂成为现实，该领域仍必须克服许多其他技术挑战。其中需要的包括能够面对热的材料和等离子体中子轰击的材料，以及从真空室排出热氦废气的更好方案。芒加德同意，这些问题仍然必须得到解决。但他认为，在一个高领域、紧凑的托卡马克协议中，它们都将变得更容易解决。

麻省理工学院的等离子体物理学家和工程师丹尼斯·怀特说，更一般地说，新磁铁可能标志着所有聚变开发人员对未来反应堆的设想都发生了翻天覆地的变化，无论他们的设计有多奇特。"在我看来，这是使所有船只飘起的潮水"。