為核融合技術尋求突破,麻省理工研發世界最強超導磁鐵

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 09 日 17:00 | 分類 尖端科技 , 核能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


為加速核融合技術發展,實現穩定供電的零碳能源,最近美國麻省理工學院與新創 Commonwealth Fusion Systems(CFS)攜手研發全新的「超導磁鐵」,為同類產品中性能最為強大的磁鐵,磁力強度破紀錄達到 20 特士拉(tesla)。

美國麻省理工學院研發核融合不遺餘力,該團隊在 2015 年推出實驗性核融合反應爐結構,是種直徑 3.3 公尺、圓環型的托卡馬克技術,並稱之為 ARC(更進步、強大與小型;for advanced, robust, and compact),而現在麻省理工學院團隊將與 CFS 開發 ARC 演示裝置 SPARC,計劃於 2025 年完成。

核融合技術主要是利用氘與氚原子在高溫高壓下的融合反應來產生能量,如何加以控制產生的電漿或電離氣體,需要強大的磁鐵,因此無論是在德國 Wendelstein 7-X 的仿星器(stellarator)、還是托卡馬克的甜甜圈環形線圈,都是用磁場來約束核融合電漿。

ARC 希望透過高溫超導體(HTS),在更小的空間獲得更強大的磁場,為此麻省理工學院與 CFS 也開發出全新的超強磁鐵。

團隊最終成品是使用 267 公里的超導帶、形成由 16 片板子堆疊起來的磁鐵,並放置在一個 D 形殼內,一旦磁鐵冷卻到零下 253.15 °C 左右,就具有超導特性並能產生強大的磁場。在測試中,團隊逐步提高超導磁體強度,最終磁力強度更破紀錄達到 20 特士拉,一般 MRI 臨床診斷使用頂多 3 特士拉而已,這是核融合磁鐵有史以來最好的成績。

CFS 營運負責人 Joy Dunn 表示,我們已經打造第一款超導磁鐵,這背後需要獨特的製造過程與設備,因此為了在 SPARC 演示技術,已經準備完全。團隊已從一個物理模型、電腦輔助設計,一步步透過大量開發與原型測試,讓紙上設計變成實際且可行的物理磁鐵。

麻省理工學院電漿科學和核融合中心(PSFC)資深研究科學家 Martin Greenwald 表示,我們填補傳統電漿物理學與傳統托卡馬克技術中的縫隙,帶來新的磁鐵技術,因此我們並不是在截然不同的領域創新。

團隊認為,雖然現階段的核融合技術,大多都無法證明其能量可以抵銷掉所需能源,若能實現「損益兩平」就是一大里程碑了,希望未來可藉由新型強大磁鐵,雖短與這個目標的距離。

(首圖來源:麻省理工學院