每經記者：蔡鼎 每經編輯：蘭素英
近日，美國麻省理工學院（簡稱MIT）電漿科學與核融合中心以及大英國協融合系統公司（簡稱CFS）的研究團隊釋出論文稱， 他們所研發的 一種新型高溫超導磁體的磁場強度據稱達到了20特斯拉 ，創下了世界紀錄。 （註：特斯拉是磁通量密度或磁感應強度的國際單位制匯出單位。）
20特斯拉的強度正是建造核融合發電廠所需的磁場強度，有望產生凈輸出功率，並有可能開創一個幾乎無限發電的時代。
更值得期待的是，據剛卸任MIT電漿科學與融合中心主任的Dennis Whyte透露，「 MIT團隊將融合反應堆的每瓦特成本幾乎降低到了1/40，讓核融合技術在商用成為了可能。 這是過去30年來核融合研究中最重要的事情。」
這預示著核融合有望很快從一個實驗室中的科學研究計畫，成為可以商業化的技術，可以為全球提供無限的清潔能源。
MIT重大突破：超導磁體磁場強度達20特斯拉，創世界紀錄
當地時間3月6日，美國麻省理工學院（簡稱MIT）電漿科學與核融合中心以及大英國協融合系統公司（簡稱CFS）的研究人員撰寫了一份詳細的報告，介紹了團隊大約3年前實作的一個重大突破。
2021年9月5日，MIT電漿科學與核融合中心的研究人員發現，一種由高溫超導材料制成的新型磁體實作了20特斯拉的磁場強度，創下世界紀錄。
【每日經濟新聞】記者註意到， 20特斯拉的強度正是建造核融合發電廠所需的磁場強度，有望產生凈輸出功率，並有可能開創一個幾乎無限發電的時代。
圖片來源：MIT News
這種磁體所用的材料名為REBCO（Rare Earth Barium Copper Oxide，稀土鋇銅氧化物），可以在20克耳文的溫度下工作，無需在導體繞組之間進行復雜的絕緣處理。與其他基於超導體的磁體相比， REBCO磁體所需的絕緣材料更少 ，而且，REBCO磁體是裸露的，因此 具有更強的導電性 。這不僅可以簡化材料的制造過程，還可以讓超導帶實作更為緊密的排列，提高磁場強度和密度，更可以讓冷卻裝置直接接觸超導帶，提高冷卻效率。
MIT團隊隨後宣布了試驗的成功，稱達到了設計新型核融合裝置（被稱為SPARC）的所有標準。
但試驗的成功，並不是研究的終點。在隨後的幾個月裏，團隊拆解並檢查了磁體的各個部件，仔細研究並分析了數百台記錄測試細節的儀器所提供的數據。他們還在同一塊磁鐵上進行了兩次測試，透過故意制造不穩定條件（包括完全關閉冷卻裝置電源等），將裝置的運轉條件推向了極限，以驗證超導磁體是否能在各種極限場景下穩定工作。
結果發現，在人為制造的不穩定條件下，磁體線圈的受損部份只占線圈總體積的百分之幾。這與REBCO對絕緣材料的更低需求以及裸露的特性有關—— 潛在的過熱會更加均勻地分布在整個磁體，有助於防止局部損傷，增強磁體的整體穩定性和安全性。 根據這個結果，研究人員對整體設計進行了修改，預計即使在最極端的條件下，也能防止實際核融合裝置的磁體出現這種規模的損壞。
值得一提的是，基於這一重大發現，該團隊的實用型融合反應堆（Practical Fusion Reactors）還入選了2022年【麻省理工科技評論】的「全球十大突破性技術」。
成本低至1/40，核融合商用成為可能
有關MIT實驗的報告發表在IEEE套用超導學報3月特刊的6篇經過同行評審的論文中，論文介紹了磁體的設計和制造、評估其效能所需的診斷裝置，以及從試驗過程中吸取的經驗教訓。
不久前剛卸任MIT電漿科學與融合中心主任的Dennis Whyte表示，「一夜之間， MIT團隊將融合反應堆的每瓦特成本幾乎降低到了1/40，讓核融合技術商用成為可能。在我看來，這是過去30年來核融合研究中最重要的事情。 」
「現在核融合有了機會。」Whyte說道。「 托卡馬克是目前使用最廣泛的融合實驗裝置設計。在我看來，托卡馬克有機會變得經濟實惠，因為在已知的約束物理規則下，我們可以大幅減小實作融合所需裝置的體積和成本，這是一個質的飛躍。 」
該團隊的超導磁體也構成了CFS正在建造的SPARC核融合裝置的甜甜圈形腔體。這個腔體由16塊被稱為「薄餅」的板塊組成，每塊板塊的一側都纏繞著螺旋形的超導帶，另一側則是氦氣冷卻通道。
核融合是將輕原子結合形成更重原子的核反應試驗過程，為太陽和恒星提供能量。但在地球上利用這一過程是一項艱巨的挑戰。長期以來，人類追求的目標是建造一座核融合發電廠。科學家希望利用核融合產生的能量來創造一種清潔能源，以取代化石燃料和危險的核分裂操作。
需要指出的是， 核融合發電廠可以實作在執行過程中幾乎不排放溫室瓦斯，產生的放射性廢物也很少。 而且，核融合的燃料是一種可以海水中提取的氫，幾乎是無限的。
然而，要建造這樣的核融合發電廠，需要在極高的溫度和壓力下壓縮燃料，由於目前沒有任何已知材料能夠承受這樣的溫度，因此必須利用極其強大的磁場來約束燃料。若想產生如此強大的磁場需要超導磁體，但之前所有的核融合磁體都是用超導材料制造的，這種材料需要絕對零度以上約4克耳文的溫度。
而 REBCO這種新型材料可以讓核融合磁體在20克耳文的溫度下工作，在材料特性和實際工程方面有著顯著的優勢。 Dennis Whyte認為，這種材料是對幾乎所有用於制造超導磁體的原理的重新設計。如果采用這種全新的高溫超導材料進行制造超導磁體，不僅僅是在前人的基礎上進行改良，而是需要從頭開始創新和研發。
每日經濟新聞
