新型磁铁核聚变，未来的梦幻能源

文/陈根

实现核聚变对于未来的清洁能源具有重要意义。事实上，太阳和其他恒星之所以能够发光发热就是因为它们内部的核聚变反应。如果我们可以在地球上利用聚变反应产生的能量，就意味着我们可以使用少量的燃料，创造源源不断的能量，并且还不会产生二氧化碳。

简单来说，核聚变就是两个氢原子，加上足够的热量和压力，融合在一起聚变成氦原子的过程。在这个过程中，部分氢物质转化为热量，这个热量可以用来发电。但是，其中的挑战就在于，在地球上启动核聚变，你需要将氢同位素加热到数亿度的高温，使它们获得足够的能量，分解成为等离子体。

然而，控制高能等离子体并不容易。恒星可以依靠引力来控制等离子体，但是在地球上，最常见的办法就是用强大的磁场来约束等离子体，这就是国际热核实验反应堆需要强大的超导磁铁的原因。

现在，一个由普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的科学家开发的新磁铁能够通过促进核聚变发电所需的超热和持续的等离子体流类型成为现实，这些甜甜圈形状的设备被设计用来限制环形的等离子体流，使原子在极端的压力和热量下融合在一起，持续释放出巨大的能量。

其中，实现持续的等离子体流的一个困难是它们对中央电磁铁的状况构成的威胁，这是一个产生电流和磁场的螺线管。被称为中子的高能亚原子粒子从等离子体中喷出，可以侵蚀磁铁线圈的绝缘层，影响其性能和寿命。

为了开发他们的新型磁铁，研究人员们制作了由铌和锡制成的电线，这些电线以一种特殊的方式被加热以形成一种新型的超导体。这种新的布线材料允许电流在极低的温度下流动，并且阻力很小，这就减少了对绝缘的需求。其结果是布线不容易退化。

在研究人员的测试中，新磁铁产生了电线所能承载的最大电流的83%，要知道，科学家们在设计和建造高功率磁体时，通常只使用超导线材电流容量的70%。而像法国正在建造的国际核聚变设施ITER中使用的大型磁体，通常只使用50%。

不仅如此，研究人员还表示，这种磁体在制造上也比目前的解决方案更简单、更便宜。而且，由于它可以在更高的电流密度下运行，它可以在托卡马克装置内占用更少的空间，同时允许产生更强的磁场。

虽然一直以来，核聚变店铺是被调侃“触不可及的未来梦幻能源”，但是可以看见的是，仍然有许多突破正在发生，以推动核聚变在不远的未来实用化。

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