与传统的化石燃料和核裂变相比，核聚变能源具有无污染、安全、燃料几乎取之不尽的优势。然而，控制高温等离子体并维持足够长的时间实现稳态聚变反应，一直是科学家们努力克服的重大挑战。
技术突破
2024 年 3 月，美国麻省理工学院(MIT)等离子体科学与核聚变中心以及英联邦聚变系统公司(CFS)的研究团队发布论文称，团队大约 3 年前实现了一个重大突破：所研发的一种新型高温超导磁体实现了 20 特斯拉的磁场强度，创下世界纪录。(注：特斯拉是磁通量密度或磁感应强度的国际单位制导出单位。)研究团队还针对高温超导磁体的设计、制造和测试等各个环节的创新做法，在 IEEE Transactions on Applied Superconductivity 特刊上发表了 6 篇同行评审论文，对磁体全面性能评估做出了系统总结，为未来实现经济型紧凑核聚变堆奠定了关键基础。
图：MIT 与 CFS 共同研究出的可达到 20 特斯拉的新磁体
这种磁体所用的材料名为 REBCO(Rare Earth Barium Copper Oxide，稀土钡铜氧化物)，可以在 20 开尔文的温度下工作，无需在导体绕组之间进行复杂的绝缘处理。REBCO 具有机械性能优良、载流能力强、不可逆场高、金属银使用量较少、降本空间大等优势，是极具产业化应用前景的高温超导材料。因此，与其他基于超导体的磁体相比，REBCO 磁体所需的绝缘材料更少，而且，REBCO 磁体是裸露的，因此具有更强的导电性。这不仅可以简化材料的制造过程，还可以让超导带实现更为紧密的排列，提高磁场强度和密度，更可以让冷却装置直接接触超导带，提高冷却效率。MIT 团队随后宣布了试验的成功，称达到了设计新型核聚变装置(被称为SPARC)的所有标准。在随后的几个月里，团队拆解并检查了磁体的各个部件，仔细研究并分析了数百台记录测试细节的仪器所提供的数据。他们还在同一块磁铁上进行了两次测试，通过故意制造不稳定条件(包括完全关闭冷却装置电源等)，将设备的运转条件推向了极限，以验证超导磁体是否能在各种极限场景下稳定工作。20 特斯拉的强度正是建造核聚变发电厂所需的磁场强度，有望产生净输出功率，并有可能开创一个几乎无限发电的时代。更值得期待的是，据刚卸任 MIT 等离子体科学与聚变中心主任的 Dennis Whyte 透露，“ MIT团队将聚变反应堆的每瓦特成本几乎降低到了 1/40，让核聚变技术在商用成为了可能。这是过去 30 年来核聚变研究中最重要的事情。” 这预示着核聚变有望很快从一个实验室中的科学研究项目，成为可以商业化的技术，可以为全球提供无限的清洁能源。
高温超导磁体的研制成功，标志着我们正朝着控制超高温等离子体迈出了关键一步。只有通过产生强大的稳定磁场，才能够长时间有效地束缚等离子体，最终实现聚变反应的持续产生。可以说，高温超导磁体是未来核聚变电站的心脏，其性能优劣将直接决定能量的输出效率。这一创新不仅有望加快核聚变能源的商业化进程，更将为全人类走向真正可持续发展的清洁能源时代贡献重要力量
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