9月5日,经过三年的深入研究和设计工作,由麻省理工学院等离子体科学与聚变中心(PSFC)与初创公司Commonwealth Fusion Systems(简称 CFS)设计和建造的大口径、全尺寸(长2米、宽1米 )D形高温超导磁体已经展示了破纪录的20特斯拉磁场,大约是地球自然磁场的50万倍,成为是世界上最强的核聚变磁体。随着该项技术的成功展示,MIT-CFS合作有望在2025年建造世界上第一座发电量大于消耗量的核聚变发电站,该发电站将命名为SPARC。同时为建立实用、廉价、无碳的发电厂铺平了道路。由于核聚变能利用的燃料是氘(D)和氚。氘在海水中大量存在,因此,核聚变能也被称之为一种“取之不尽用之不竭”的新能源。

“瓶子”里的太阳

太阳的能量来自其中心的热核聚变:两个轻原子核结合成较重原子核时放出巨大能量。在地球上建造核聚变装置的难点在于,过程产生的温度远远超过任何固体材料所能承受的温度,而这一问题可通过“磁约束”解决,磁场形成一种无形的“瓶子”,里面装着等离子体,通过托卡马克装置(常用的控核聚变反应装置,利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。)将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。

MIT-CFS核聚变设计的主要创新是使用高温超导体材料——稀土钡氧化铜(REBCO),它可以在更小的空间内产生更强的磁场。迄今为止,要想制造出能够容纳加热到数亿度的等离子体的磁性“瓶子”所需的强大磁场,唯一的方法就是让它们变得越来越大。但是,以金属扁平胶带状制成的新型高温超导体材料(稀土钡氧化铜)可以在更小的设备中实现更大的磁场,相当于在尺寸大40倍的设备中实现的性能。


概念证明

研究人员在试验中采用了两种可能的磁体设计,最终都满足了设计要求。试验过程测试中,新磁体通过一系列步骤逐渐通电,直到达到 20 特斯拉磁场的目标——这是高温超导聚变磁体有史以来的最高磁场强度。

未来

麻省理工学院计划于2025年建造SPARC核聚变发电站,一旦SPARC成功运行,将证明一个全面商业运行的核聚变发电厂的可行性,为快速设计和建造商用可控核聚变发电站扫清技术障碍,让核聚变发电成为未来清洁能源的核心,从而改变未来世界能源格局。

如需转载请注明出处:“国防科技要闻”(ID:CDSTIC)

来源  |   MIT网站

图片 | 互联网

作者 |  聂永喜

编辑 | 侯勤

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