​科学家设计新型磁铁 为持续的核聚变反应提供了空间

科学家们正在努力实现核聚变作为一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源的潜力，其中一个方法是通过新的和改进的磁铁，它可以限制等离子体的场，以便发生关键反应。一个代表着这些部件制造方式的“革命性变化”的新例子，通过促进核聚变发电所需的超热和持续的等离子体流类型成为现实，可以构成“拼图”的一个关键部分。

该磁铁是由普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家开发的，目的是改善所谓托卡马克核聚变反应堆的性能。这些甜甜圈形状的设备被设计用来限制环形的等离子体流，使原子在极端的压力和热量下融合在一起，持续释放出巨大的能量。

但是，实现这些持续的等离子体流的许多困难之一是它们对中央电磁铁的状况构成的威胁，这是一个产生电流和磁场的螺线管。被称为中子的高能亚原子粒子从等离子体中喷出，可以侵蚀磁铁线圈的绝缘层，影响其性能和寿命。

“如果我们正在设计一个将连续运行数小时或数天的发电厂，那么我们就不能使用目前的磁铁，”PPPL的首席工程师、描述该研究的一篇论文的主要作者Yuhu Zhai说。“这些设施将比目前的实验设施产生更多的高能粒子。今天生产的磁铁对于未来的商业核聚变电站等设施来说，将不能持续足够长的时间。”

为了开发他们的新型磁铁，科学家们精心制作了由铌和锡制成的电线，这些电线以一种特殊的方式被加热以形成一种新型的超导体。这种新的布线材料允许电流在极低的温度下流动，而且阻力很小，这就减少了对绝缘的需求。其结果是布线不容易退化，而且研究人员说它在性能方面有其他改进。

“在我们的测试中，我们的磁铁产生了电线所能承载的最大电流的83%，这是一个非常好的量，”Zhai说。“科学家们在设计和建造高功率磁体时，通常只使用超导线材电流容量的70%。而像法国正在建造的国际核聚变设施ITER中使用的大型磁体，通常只使用50%。”

据称，这种磁体在制造上也比目前的解决方案更简单、更便宜。而且，由于它可以在更高的电流密度下运行，它可以在托卡马克装置内占用更少的空间，同时允许产生更强的磁场。

PPPL的首席科学官Michael Zarnstorff说：“这是对你如何制造电磁铁的一个革命性的改变。通过只用金属制造磁铁并消除使用绝缘体的需要，你摆脱了很多昂贵的步骤，并减少了线圈发生故障的机会。这真是非常重要的东西。”

这项研究发表在《超导体科学与技术》杂志上。