MIT构建的高温超导磁体已可应用于核聚变装置

3月4日，麻省理工学院报道其构建的高温超导磁体已经通过了净功率输出和潜在功率输出的测试，证明了该设施的高效和稳定，及应用于核聚变装置的可行性。这一成就展示了高温超导材料在聚变发电技术革命中的潜力，为未来的聚变装置奠定了坚实的科学基础。麻省理工学院等离子体科学与聚变中心(Plasma Science and Fusion Center, MIT PSFC)与其衍生公司联邦聚变系统公司(Commonwealth Fusion Systems, CFS)于本月在IEEE Transactions on Applied Superconductivity特刊发表了六篇论文，聚焦于SPARC环形场模型线圈(TFMC)计划，详细介绍了磁体的设计、制造和性能评估。

TFMC计划旨在设计、建造和测试一种高场(约20T)、聚变规模(约3m)的高温超导环形场线圈，采用稀土钡铜氧化物(REBCO)这一新型材料添加到聚变磁体中。这六篇论文全面介绍了该计划的背景、目标、活动和成就，涵盖了从技术和程序概述、磁体设计、制造和组装，到测试设施建设、电流传输系统设计、低温冷却系统性能，以及实验评估和模型验证等多个方面。这些成果展示了高温超导磁体技术在推动高磁场通路到紧凑型净能量聚变机器方面的重要作用。每篇论文所涵盖的主题领域的简要摘要如下。

①“SPARC环形场模型线圈计划介绍”一文中，Hartwig 等人对整个 TFMC 计划进行了独立的、高层次的技术和程序概述，为理解本期特刊中的其他论文提供了背景[1]。

②“SPARC环形场模型线圈的设计、制造和组装”中，Viera等人对磁体要求和概念设计、磁体主要部件的工程、制造和组装(包括磁体内的仪器包)进行了技术概述[2]。

③“SPARC环形场模型线圈的新型超导磁体测试设施”，Golfinopoulos等人描述了测试模型线圈所需的测试设施。该文件包括磁体的电气和低温服务、与设施运行和被测磁体表征相关的仪器和控制，以及整个设施基础设施[3]。

④“适用于SPARC环形场模型线圈的设计(50 kA容量，氮气冷却，可拆卸电流引线)”，Fry 等人介绍了用于将电流从测试设施的室温电源传输到 20 K 的 TFMC 磁铁的电流引线的设计和操作。此外，还介绍了基于VIPER REBCO电缆的REBCO冷总线系统，并概述了电流引线内的仪表情况[4]。

⑤“SPARC环形场模型线圈项目的基于低温制冷器的超临界氦循环系统”，Michael等人介绍了基于TFMC测试活动期间的600 W、20 K低温冷却器氦低温系统及其性能[5]。

⑥“SPARC环形场模型线圈的实验评估和模型验证” ，Whyte等人展示了在TFMC实验测试期间获得的结果的集合，并从验证用于预测TFMC性能的计算模型的附加视角[6]。

参考文献

[1] https://ieeexplore.ieee.org/document/10316582/

[2] https://ieeexplore.ieee.org/document/10411128

[3] https://ieeexplore.ieee.org/document/10387711

[4] https://ieeexplore.ieee.org/document/10400852

[5] https://ieeexplore.ieee.org/document/10315227

[6] https://ieeexplore.ieee.org/document/10316632

[7]Tests show high-temperature superconducting magnets are ready for fusion.https://news.mit.edu/2024/tests-show-high-temperature-superconducting-magnets-fusion-ready-0304