可控核聚变持续时间1000秒（世界最强聚变磁体）

机器之心报道

机器之心编辑部

利用可控核聚变发电是人类一直以来的梦想，现在，它没那么遥远了。

核聚变能具有资源丰富、无碳排放和清洁安全等突出优点，是人类未来理想的清洁能源之一。如果可控核聚变发电技术得以实现，人类的能源焦虑将得到极大缓解，对太空的探索也将更加深入。

科幻小说《三体》中对于可控核聚变实现之后的描述。

最近，一个新超导磁体的出现，让人类在核聚变发电之路上又前进了一步。

在 9 月 8 号的一个在线新闻发布会上，美国新能源初创公司 Commonwealth Fusion Systems（简称 CFS）公布了一个长 2 米、宽 1 米的 D 型电磁体，并表示它产生的磁场大约是地球自然磁场的 50 万倍，是任何类似超导磁体强度的两倍。基于此，他们有望在 2025 年之前建成一个相对较小的聚变发电站原型，尽管还有很多其他挑战需要克服。

CFS 成立于 2017 年，衍生于美国麻省理工学院，致力于开发由特殊高温超导材料制成的磁体，这种磁体可以产生两倍于传统超导磁体强度的磁场。

新磁体测试的成功，标志着该公司取得阶段性胜利。等离子体物理学家、CFS 的联合创始人兼首席执行官 Bob Mumgaard 表示：「我们 3 年前甚至不知道是否存在这样一个磁体，但现在我们已经拥有了它」。

聚变反应堆（托卡马克）旨在捕获氘和氚的原子核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将超热电离气体或等离子体困住并挤压在一个甜甜圈形状的真空室中。然而，研究人员还没有建成一个产能大于耗能的托卡马克，而且他们一直认为这样的反应堆需要很大才能达到产能 - 耗能平衡。例如，多国联合在法国建造的国际热核聚变实验反应堆（ITER）就有一个高 11 米、宽 19 米的真空室，它的目标就是让产能大于耗能。

CFS 的研究人员表示，他们的新磁体可以大大缩小托卡马克的尺寸，因此更便宜、更容易建造。

在构建这种磁体时，CFS 的研究人员采用的是由高温超导体稀土氧化钡铜（barium copper oxides）组成的线圈，而不是像铌锡（niobium tin）这样的普通超导金属。当超导体冷却到接近绝对零度时，只要电流和磁场不太大，它就可以无电阻地传输电流。高温超导体之所以被称为高温超导体，是因为它们在相对温和的温度下进行超导，一些温度高于液氮（77 开尔文以上）的超导体可以比传统超导体承受更高的磁场。

研究磁体的 MIT 等离子体物理学家兼工程师 Brian LaBombard 表示，主要的挑战是设计一种磁体，使其能承受磁场本身对载流线圈产生的巨大机械应力，你也可以把它想象成给气球加压。普通超导体可以做成坚固的电线，然后绕成一个线圈，但高温超导体采用的是相对脆弱的磁带（tape）。因此，为了开发新磁体，CFS 的研究人员提出了一种设计，将薄层磁带夹在更坚固的金属层之间。LaBombard 表示：「你需要尽可能多地使用金属，而我们的设计正在将其推向极限。」

在最近的测试中，新磁体产生了大约 20 特的磁场，持续 5 小时，并且 CFS 研究人员表示他们可以无限期地维持磁场。有了新磁体，该公司表示他们正准备为下一个目标努力：开发一种名为 SPARC 的原型反应堆，就像 ITER 一样，旨在证明托卡马克产生的能量大于消耗的能量。在 SPARC 中，研究人员将使用 18 个线圈环绕环形真空室，就像这个 20 特的原型一样。