文|陳根
托卡馬克(Tokamak)是一種環(huán)形裝置，可以通過約束電磁波驅(qū)動(dòng)創(chuàng)造氘、氚實(shí)現(xiàn)聚變的環(huán)境和超高溫，并實(shí)現(xiàn)人類對(duì)聚變反應(yīng)的控制。受控?zé)岷司圩冊(cè)诔Ｒ?guī)托卡馬克裝置上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。但常規(guī)托卡馬克裝置體積龐大、效率低，突破難度大。
上世紀(jì)末，科學(xué)家們把新興的超導(dǎo)技術(shù)用于托卡馬克裝置，使基礎(chǔ)理論研究和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)得到很大提高。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，可控?zé)岷司圩兊难菔拘缘木圩兌褜⒂?/span>2025年實(shí)現(xiàn)，商用聚變堆將于2040年建成。
不久前，中國的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“東方超環(huán)”刷新了世界紀(jì)錄：在其第98958次放電中，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，是1億攝氏度20秒原紀(jì)錄的5倍。
近日，麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員成功開發(fā)出一種高溫超導(dǎo)磁鐵，其磁場強(qiáng)度達(dá)到20 Teslas，打破有史以來最強(qiáng)磁場強(qiáng)度的世界紀(jì)錄，該磁鐵或?qū)⒊蔀殚_啟核聚變并向世界提供清潔無碳能源的進(jìn)程加速。
新磁鐵由16個(gè)板塊堆疊在一起組成，高約3米，利用一種叫做ReBCO的超導(dǎo)材料。在大約兩周的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，它能夠達(dá)到破紀(jì)錄的20特斯拉的磁場強(qiáng)度。此外，被束縛的等離子體可以被加熱到1億攝氏度或更高的溫度，從而能夠觸發(fā)核聚變反應(yīng)。
人工聚變反應(yīng)以前也曾發(fā)生過，但到目前為止，它們運(yùn)行所消耗的能量總是大于產(chǎn)生的能量(保持這些磁場以容納等離子體需要大量的能量)。通過改進(jìn)磁體，研究人員有望開發(fā)出第一個(gè)最終生產(chǎn)出能量大于消耗的反應(yīng)堆。
值得一提的是，有了該磁體，就有可能在體積僅之前1/40的反應(yīng)堆中獲得類似的性能。而且，用于驅(qū)動(dòng)反應(yīng)堆的燃料將是水中的氫同位素——由于我們擁有幾乎無限的水，這些反應(yīng)堆幾乎可以無限期地運(yùn)行。
未來，有望在2025年前，研究人員能夠將他們開發(fā)的強(qiáng)大的新磁鐵排列到托卡馬克反應(yīng)堆中，并由此產(chǎn)生凈正核聚變。
聯(lián)系客服
