無限能源時代到來！美科學家研製最強超導磁體，建全球首個核聚變發電站！

幾十年來，能源危機一直是縈繞在人類心頭最為致命的夢靨之一，而截至目前最有希望為我們獲取「無限」清潔能源的技術仍然是原子聚變。近日，美國麻省理工學院（MIT）宣布正在研製一款全世界功能最強大的超導磁體，不久後會建立全球首個核聚變發電站，讓無限能源時代離我們更進一步！

與當今已有的核電站不同，核電站的原理是原子核裂變釋放核能產電，主要應用鈾等放射性元素。而核聚變發電則是通過將兩個輕質量原子融合為一個原子來產生能量，這與在恆星（太陽）內部發生的反應相同。聚變產生的熱量可能達到好幾億攝氏度，如果可以利用，這些被釋放出的大量熱量完全可以轉化為「取之不盡」的電力供人類使用。

自20世紀40年代以來，全球科學家一直致力於研發核聚變反應堆。但到目前為止，經過無數次的實驗都難以達到令人滿意的預期效果。其中最大的難題之一就是難以找到一種可以承受上億攝氏度的裝置來作核聚變反應的容器。

托卡馬克，一種用於核聚變反應堆的最有前景的設計之一，它利用強大磁約束來實現可控核聚變的環形容器。可以產生巨大的磁場以將由核聚變產生的高溫等離子體限制在環形磁場內，這樣就解決了反應容器的難題。

MIT的科學家計劃建造一個緊湊型的托卡馬克裝置，被稱為SPARC。它能夠產生100MW（兆瓦）的熱量，但這些熱量不會直接轉化為電力輸送至千家萬戶，而是用於為中小型城市提供足夠功率的10秒脈衝，並且是加熱等離子體所需功率的兩倍多。這一裝置無疑達到了建造200MW容量原型全尺寸核聚變反應堆所需的技術里程碑。

建造這種緊湊型托卡馬克的關鍵技術便是研發出世界上最強大的超導磁體。2013年，科學家發現用紅外激光脈衝持續照射釔鋇銅氧化物（YBCO）材料時，它會在室溫下短暫地表現出超導性。據實驗數據，YBCO製造的超導磁體形成的磁場強度將是迄今最大規模核融合實驗所用磁場強度的10倍！

此外，YBCO材料還可以大大降低建造托卡馬克裝置的成本、時間和複雜程度，使其更加接近實用水平。麻省理工學院等離子體科學與聚變中心主任Dennis Whyte表示，研究人員目前打算花3年時間來製造SPARC所需的大型磁體。

目前，麻省理工學院已獲得了3000萬美元的資助來實現這一目標，並將與Commonwealth Fusion Systems公司合作在未來15年建立起全球首個核聚變發電站。

在可控核聚變領域耀眼的不止美國。由我國中科院等離子體物理研究所承擔的EAST先進全超導托卡馬克實驗裝置（人造太陽）近年來也頻頻取得突破，是世界上第一個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘級的核聚變裝置。相信也將在核聚變未來佔據一席之地。

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文/朱張航宇

圖/ MIT PSFC；視覺中國

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