與傳統的化石燃料和核裂變相比，核聚變能源具有無污染、安全、燃料幾乎取之不盡的優勢。然而，控制高溫等離子體并維持足夠長的時間實現穩態聚變反應，一直是科學家們努力克服的重大挑戰。

技術突破

2024 年 3 月，美國麻省理工學院(MIT)等離子體科學與核聚變中心以及英聯邦聚變系統公司(CFS)的研究團隊發布論文稱，團隊大約 3 年前實現了一個重大突破：所研發的一種新型高溫超導磁體實現了 20 特斯拉的磁場強度，創下世界紀錄。(注：特斯拉是磁通量密度或磁感應強度的國際單位制導出單位。)研究團隊還針對高溫超導磁體的設計、制造和測試等各個環節的創新做法，在 IEEE Transactions on Applied Superconductivity 特刊上發表了 6 篇同行評審論文，對磁體全面性能評估做出了系統總結，為未來實現經濟型緊湊核聚變堆奠定了關鍵基礎。

圖：MIT 與 CFS 共同研究出的可達到 20 特斯拉的新磁體

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 開爾文的溫度下工作，無需在導體繞組之間進行復雜的絕緣處理。REBCO 具有機械性能優良、載流能力強、不可逆場高、金屬銀使用量較少、降本空間大等優勢，是極具產業化應用前景的高溫超導材料。因此，與其他基于超導體的磁體相比，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，還可以讓超導帶實現更為緊密的排列，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 團隊隨后宣布了試驗的成功，稱達到了設計新型核聚變裝置(被稱為SPARC)的所有標準。在隨后的幾個月里，團隊拆解并檢查了磁體的各個部件，仔細研究并分析了數百臺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，通過故意制造不穩定條件(包括完全關閉冷卻裝置電源等)，將設備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。20 特斯拉的強度正是建造核聚變發電廠所需的磁場強度，有望產生凈輸出功率，并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 等離子體科學與聚變中心主任的 Dennis Whyte 透露，“ MIT團隊將聚變反應堆的每瓦特成本幾乎降低到了 1/40，讓核聚變技術在商用成為了可能。這是過去 30 年來核聚變研究中最重要的事情。” 這預示著核聚變有望很快從一個實驗室中的科學研究項目，成為可以商業化的技術，可以為全球提供無限的清潔能源。

高溫超導磁體的研制成功，標志著我們正朝著控制超高溫等離子體邁出了關鍵一步。只有通過產生強大的穩定磁場，才能夠長時間有效地束縛等離子體，最終實現聚變反應的持續產生。可以說，高溫超導磁體是未來核聚變電站的心臟，其性能優劣將直接決定能量的輸出效率。這一創新不僅有望加快核聚變能源的商業化進程，更將為全人類走向真正可持續發展的清潔能源時代貢獻重要力量