文/陳根

實現(xiàn)核聚變對于未來的清潔能源具有重要意義。事實上，太陽和其他恒星之所以能夠發(fā)光發(fā)熱就是因為它們內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。如果我們可以在地球上利用聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量，就意味著我們可以使用少量的燃料，創(chuàng)造源源不斷的能量，并且還不會產(chǎn)生二氧化碳。

簡單來說，核聚變就是兩個氫原子，加上足夠的熱量和壓力，融合在一起聚變成氦原子的過程。在這個過程中，部分氫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱量，這個熱量可以用來發(fā)電。但是，其中的挑戰(zhàn)就在于，在地球上啟動核聚變，你需要將氫同位素加熱到數(shù)億度的高溫，使它們獲得足夠的能量，分解成為等離子體。

然而，控制高能等離子體并不容易。恒星可以依靠引力來控制等離子體，但是在地球上，最常見的辦法就是用強大的磁場來約束等離子體，這就是國際熱核實驗反應(yīng)堆需要強大的超導磁鐵的原因。

現(xiàn)在，一個由普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）的科學家開發(fā)的新磁鐵能夠通過促進核聚變發(fā)電所需的超熱和持續(xù)的等離子體流類型成為現(xiàn)實，這些甜甜圈形狀的設(shè)備被設(shè)計用來限制環(huán)形的等離子體流，使原子在極端的壓力和熱量下融合在一起，持續(xù)釋放出巨大的能量。

其中，實現(xiàn)持續(xù)的等離子體流的一個困難是它們對中央電磁鐵的狀況構(gòu)成的威脅，這是一個產(chǎn)生電流和磁場的螺線管。被稱為中子的高能亞原子粒子從等離子體中噴出，可以侵蝕磁鐵線圈的絕緣層，影響其性能和壽命。

為了開發(fā)他們的新型磁鐵，研究人員們制作了由鈮和錫制成的電線，這些電線以一種特殊的方式被加熱以形成一種新型的超導體。這種新的布線材料允許電流在極低的溫度下流動，并且阻力很小，這就減少了對絕緣的需求。其結(jié)果是布線不容易退化。

在研究人員的測試中，新磁鐵產(chǎn)生了電線所能承載的最大電流的83%，要知道，科學家們在設(shè)計和建造高功率磁體時，通常只使用超導線材電流容量的70%。而像法國正在建造的國際核聚變設(shè)施ITER中使用的大型磁體，通常只使用50%。

不僅如此，研究人員還表示，這種磁體在制造上也比目前的解決方案更簡單、更便宜。而且，由于它可以在更高的電流密度下運行，它可以在托卡馬克裝置內(nèi)占用更少的空間，同時允許產(chǎn)生更強的磁場。

雖然一直以來，核聚變店鋪是被調(diào)侃“觸不可及的未來夢幻能源”，但是可以看見的是，仍然有許多突破正在發(fā)生，以推動核聚變在不遠的未來實用化。