世界最强|世界最强聚变磁体,地球磁场50万倍,25年有望建成聚变发电站原型( 二 )


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 。 」
【世界最强|世界最强聚变磁体,地球磁场50万倍,25年有望建成聚变发电站原型】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 。

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然而 , 一个磁体本身并不能构成托卡马克 。 去年 , 美国国家科学院、工程院和医学院的一份报告发现:为了在 2040 年使原型聚变发电站成为现实 , 该领域要克服的技术挑战仍然非常多 。 其中需要有能够承受来自等离子体的热量和中子轰击的材料 , 以及要找到从真空室排出热氦气的更好方案 。
Mumgaard 也赞成这些问题必须解决 , 但他同时也认为:在强磁场下的紧凑型托卡马克中 , 这些问题解决起来都将更加容易 。
MIT 的等离子体物理学家兼工程师 Dennis Whyte 表示:「新磁体可能标志着所有聚变开发人员对未来反应堆的设想发生了翻天覆地的变化 。 」
「瓶子」里的太阳
聚变是为太阳提供能量的过程 , 即两个小原子合并成一个大原子 , 并且释放出巨大的能量 。 但这一过程所需要的温度远远超过任何固体材料所能承受的温度 。 要想在地球上捕获太阳的能量源 , 我们需要的是一种捕获和容纳高温物质的方法 , 这个温度高达 100,000,000 以上 , 方法是让物质悬浮起来 , 避免接触任何固体 。
这是通过强磁场来实现的 。 磁场就像一个无形的瓶子 , 里面装着炽热的旋转质子和电子汤 , 即等离子体 。 由于这些粒子带有电荷 , 容易受到磁场的强烈控制 , 可以使用托卡马克装置容纳它们 。 这些设备中的大多数都是使用铜制成的传统电磁体产生磁场 , 但法国正在建设的 ITER 使用的是低温超导体 。
MIT-CFS 聚变设计的主要创新是使用了高温超导体 , 这使得在更小的空间中可以产生更强的磁场 。 几年前 , 一种新型超导材料上市 , 使这种设计成为可能 。 这个想法最初来自 Whyte 教授核工程课程中一个课堂项目 。 该想法似乎很有希望 , 在接下来的几次迭代中继续发展 。 2015 年初 , 研究者提出了 ARC 发电站的设计概念 。 SPARC 的设计尺寸约为 ARC 的一半 , 是一个试验台 , 用于在建造全尺寸发电站之前证明这一概念 。

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