文/陳根

實現核聚變對于未來的清潔能源具有重要意義。事實上，太陽和其他恒星之所以能夠發光發熱就是因為它們內部的核聚變反應。如果我們可以在地球上利用聚變反應產生的能量，就意味著我們可以使用少量的燃料，創造源源不斷的能量，并且還不會產生二氧化碳。

簡單來說，核聚變就是兩個氫原子，加上足夠的熱量和壓力，融合在一起聚變成氦原子的過程。在這個過程中，部分氫物質轉化為熱量，這個熱量可以用來發電。但是，其中的挑戰就在于，在地球上啟動核聚變，你需要將氫同位素加熱到數億度的高溫，使它們獲得足夠的能量，分解成為等離子體。

然而，控制高能等離子體并不容易。恒星可以依靠引力來控制等離子體，但是在地球上，最常見的辦法就是用強大的磁場來約束等離子體，這就是國際熱核實驗反應堆需要強大的超導磁鐵的原因。

現在，一個由普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）的科學家開發的新磁鐵能夠通過促進核聚變發電所需的超熱和持續的等離子體流類型成為現實，這些甜甜圈形狀的設備被設計用來限制環形的等離子體流，使原子在極端的壓力和熱量下融合在一起，持續釋放出巨大的能量。

其中，實現持續的等離子體流的一個困難是它們對中央電磁鐵的狀況構成的威脅，這是一個產生電流和磁場的螺線管。被稱為中子的高能亞原子粒子從等離子體中噴出，可以侵蝕磁鐵線圈的絕緣層，影響其性能和壽命。

為了開發他們的新型磁鐵，研究人員們制作了由鈮和錫制成的電線，這些電線以一種特殊的方式被加熱以形成一種新型的超導體。這種新的布線材料允許電流在極低的溫度下流動，并且阻力很小，這就減少了對絕緣的需求。其結果是布線不容易退化。

在研究人員的測試中，新磁鐵產生了電線所能承載的最大電流的83%，要知道，科學家們在設計和建造高功率磁體時，通常只使用超導線材電流容量的70%。而像法國正在建造的國際核聚變設施ITER中使用的大型磁體，通常只使用50%。

不僅如此，研究人員還表示，這種磁體在制造上也比目前的解決方案更簡單、更便宜。而且，由于它可以在更高的電流密度下運行，它可以在托卡馬克裝置內占用更少的空間，同時允許產生更強的磁場。

雖然一直以來，核聚變店鋪是被調侃“觸不可及的未來夢幻能源”，但是可以看見的是，仍然有許多突破正在發生，以推動核聚變在不遠的未來實用化。