美國政府核聚變實驗室的研究人員說，他們已經(jīng)找到了縮小控制聚變等離子體所必需的巨大磁鐵的方法，并認為這是向創(chuàng)造一個可行的聚變反應(yīng)堆邁出的又一步。

核聚變指的是將兩個原子核結(jié)合在一起形成一個更重的原子的過程。然而，新的更重的原子的質(zhì)量略低于兩個單獨的原子的質(zhì)量，這些剩余的質(zhì)量作為能量被釋放出來，可以被利用來發(fā)電。

核聚變一直在恒星的核心中自然發(fā)生，例如我們的太陽，在巨大的熱量和壓力下，氫原子融合在一起形成氦氣。雖然科學家們已經(jīng)成功地以人工方式重新創(chuàng)造了核聚變，但問題是要將反應(yīng)維持足夠長的時間，以便為電網(wǎng)提供可行的電力。

另一個問題是，到目前為止，科學家還無法讓核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量超過其消耗的能量，因為重新創(chuàng)造發(fā)生核聚變所需的強熱需要大量的能量。

盡管如此，科學家和政府仍在追逐一個可以工作的核聚變反應(yīng)堆，因為它有可能成為一個清潔、強大和幾乎無限的能源來源。小小的突破使人類逐步接近這樣的反應(yīng)堆，但人們?nèi)匀徽J為至少在十年后才能實現(xiàn)能量輸出與能量輸入的平衡，并能在國家電網(wǎng)中使用。

托卡馬克式核聚變反應(yīng)堆的檔案照片。托卡馬克使用強大的磁鐵來控制過熱等離子體的流動，從而使核聚變發(fā)生。

核聚變的主要方法之一涉及一種叫做托卡馬克的機器，在這種機器中，氫氣被加熱到如此高的溫度，成為一種等離子體--質(zhì)子和電子的湯，可以發(fā)生核聚變。等離子體被包含在托卡馬克內(nèi)，使用強大的磁鐵將其引導到一個圓中。

然而，常規(guī)托卡馬克的進展普遍緩慢，現(xiàn)在科學家們正在關(guān)注一種名為球形托卡馬克的新版本，它與通常的環(huán)形托卡馬克一樣，但中間的間隙較小。

據(jù)美國能源部下屬的普林斯頓大學等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家稱，較小的磁體可以使球形托卡馬克的工作變得更加容易，因為它們可以與中央空腔的其他機器分開放置。換句話說，磁鐵可以在不拆開其他東西的情況下進行修理。

創(chuàng)造這樣的小磁鐵正是PPPL的科學家們所說的，這要歸功于超導線材，它可以傳輸與更寬的銅線相同的電流，還可以產(chǎn)生更強的磁場。

PPPL負責研究的副主任Jon Menard在一份新聞稿中說："很多東西都取決于[托卡馬克]的中心，因此，如果你能縮小中間的東西，你就能縮小整個機器，降低成本，同時在理論上提高性能。"

另一個好處是，更小的磁體意味著更多的空間用于支持結(jié)構(gòu)，這將有助于未來的球形托卡馬克承受其自身的巨大磁場。

參與這項研究的 PPPL 工程師托馬斯布朗說：“此外，更小、更強大的磁鐵為機器設(shè)計人員提供了更多選擇來設(shè)計具有可以提高整體托卡馬克性能的幾何形狀的球形托卡馬克，我們還沒有完全到達那里，但我們更接近了，也許已經(jīng)足夠接近了。”

科羅拉多大學博爾德分校和佛羅里達州國家高磁場實驗室的研究人員改進了一項技術(shù)，使磁鐵能夠使用新的電線。

一項概述該發(fā)展的研究于今年 4 月發(fā)表在IEEE Transactions on Applied Superconductivity雜志上。