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从 200 英里超导体到核聚变

它们仍然只是示意图,但构造越来越逼真--一个身穿橙色衣服的人。(图片:美国国际热核实验堆)
它们仍然只是示意图,但构造越来越逼真--一个身穿橙色衣服的人。(图片:美国国际热核实验堆)
新材料,新设计,强大的成果:麻省理工学院终于将一种强度足以用于大型核聚变反应堆的磁铁投入使用,并在真实条件下运行。
Renewable Science

参与研究的科学家之一丹尼斯-怀特(Dennis Whyte)说:"这是过去 30 年核聚变研究中最重要的事情"。事实上,等离子体捕获是计划中的核聚变反应堆(如法国南部的热核实验堆)的核心。

这块超级磁铁能产生强度为 20 特斯拉的永久稳定磁场。相比之下:医学上的大型磁共振断层显像仪可以在短时间内达到 3 特斯拉的磁场强度,而一些特殊型号的磁共振断层显像仪可以达到两倍的磁场强度。地球表面的磁场强度为 0.00005 特斯拉。

性能是一方面。但要想通过核聚变在某一时刻获得能量盈余,还必须有合适的效率。为此,一种名为 REBCO 的新型材料被用作超导体。它是 "稀土氧化钡铜 "的缩写,即稀土、钡、铜和氧的合金。

这种材料不必像其他超导体那样保持低温就能无阻力地工作。从 3 开尔文(-454 °F / -270 °C)到 20 开尔文(-423 °F / -253 °C)就足够了。当然,这个数值仍然非常低,仅略高于绝对零度,要达到这个温度需要付出巨大的努力。

然而,如果将这两项任务进行比较,就好比你不必在一片广袤的森林中捉住所有的一百只鸡。九十只就足够了。换句话说,虽然只有 16 开尔文的差别,但却要容易许多倍。

此外,电缆之间不需要昂贵的绝缘材料。超导体也可以这样使用。这就提供了更大的空间,例如,可以更有效地冷却和更好地定位磁铁。

试验运行不依赖于模型和推断。相反,研究小组建造了一块重达 20,000 磅(9 吨)、总长度达 200 英里的超导体磁铁。这与后来实际需要的尺寸相符。

结果发现:该系统完全按照原尺寸运行,并能承受所有负荷。此外,还测试了供电波动和完全故障之间的临界状态。

尽管最后系统可能有点熔化,但所有结果都应在预期范围内。这是好事,因为基本计算和假定的材料行为应该是正确的。

除了大量的超导体和九十只鸡之外,现在所需要的就是一个整体稳定的聚变反应堆。

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Mario Petzold, 2024-03- 6 (Update: 2024-03- 6)