人类离摘下清洁能源圣杯的终点又进一步！MIT在三年前开启的实验再次得到证实——高温超导磁体或将开启无限发电的时代。

　　「一夜之间，MIT团队将聚变反应堆的每瓦特成本几乎降低到了1/40，让核聚变技术在商用成为了可能」！

　　2021年9月5日凌晨，在麻省理工学院等离子体科学与核聚变中心（PSFC）的实验室，工程师们实现了一个重大里程碑——

　　试验证明是成功的，同时满足了为设计新的聚变装置（被称为SPARC，磁体是其关键的使能技术）而设定的所有标准。

　　接下来的几个月里，团队拆解和检查了磁体的部件，仔细研究和分析了来自数百台记录测试细节的仪器的数据。

　　他们还在同一块磁体上进行了另外两次测试，最终将其进行了极限测试，以了解任何可能的失败模式的细节。

　　最近卸任PSFC主任的日立美国工程学教授Dennis Whyte表示，「在我看来，磁体的成功测试是在过去30年的聚变研究中最重要的事情」。

　　「在我看来，托卡马克有机会变得有机会变得经济实惠，因为在已知的约束物理规则下，我们可以大幅减小实现聚变所需装置的体积和成本，这是一个质的飞跃」。

　　然后通过分析表明，由麻省理工学院和CFS设计的新一代核聚变设备，以及其他商业聚变公司的类似设计，在科学上是完全行得通的。

　　若想产生如此强大的磁场需要「超导磁体」，但之前所有的核聚变磁体都是用超导材料制造的，这种材料需要绝对零度以上约4度（4 kelvins，即-270摄氏度）的低温。

　　它可以让核聚变磁体在20 kelvins的温度下工作，尽管比4 kelvins仅高出16 kelvins，但在材料特性和实际工程方面却有着显著优势。

　　如果采用这种全新的高温超导材料进行制造超导磁体，不仅仅是在前人的基础上进行改良，而是需要从头开始创新和研发。

　　为了能够充分利用REBCO，研究人员重新设计了一种基于TSTC架构的工业可扩展大电流的“VIPER REBCO”电缆。

　　-首次能在适合REBCO低正常区域传播速度的聚变相关条件下在全尺寸导体上进行两种不同的线缆淬火测试。

　　负责开发超导磁体的MIT核科学与工程系Zach Hartwig教授说：「当我们在2018年开始这个项目时，利用高温超导体建造大规模高场磁体的技术还处于很早期的阶段，只能进行小型的实验。」

　　「制造这些磁体的标准方法是将导体缠绕在绕组上，在绕组之间设置绝缘层，你需要绝缘层来处理意外情况（如停机）时产生的高电压」。

　　这个腔体由16块被称为「薄饼」的板块组成，每块板块的一侧都缠绕着螺旋形的超导带，另一侧则是氦气冷却通道。

　　教授表示，「这是第一块规模足够大的磁体，探究了使用这种无绝缘层无扭转技术设计、制造和测试磁体所涉及的问题」。

　　在之前的论文中描述的首次实验已经证明，这样的设计和制造工艺不仅可行，而且非常稳定，虽然一些研究人员曾对此表示怀疑。

　　接下来的两次测试也是在2021年底进行的，通过故意制造不稳定条件，包括完全关闭输入电源，将设备的运转条件推向了极限，这可能会导致灾难性的过热。

　　Hartwig说，测试计划的部分任务是「实际去故意淬火一个全尺寸的磁体，这样我们就能在合适的规模和合适的条件下获得关键数据，以推动科学发展，验证设计代码」。

　　「然后拆开磁体，看看哪里出了问题，为什么会出问题，以及我们如何进行下一次迭代来解决这个问题......最终结果证明这是一次非常成功的试验。」

　　Hartwig说，最后的测试以融化了16块「薄饼」中的一个角而告终，但却产生了大量的新信息。

　　首先，他们一直在使用几种不同的计算模型来设计和预测磁体各方面的性能，在大多数情况下，这些模型在总体预测上都是一致的，并通过一系列测试和实际测量得到了很好的验证。

　　但在预测「淬火」效果时，模型的预测结果出现了偏差，因此有必要获取实验数据来评估模型的有效性。

　　研究人员开发的模型几乎准确地预测了磁体的升温方式、开始淬火时的升温程度以及由此对磁体造成的损坏程度。

　　实验准确地描述了正在发生的物理现象，并让科学家们明白了哪些模型在未来是有用的，哪些模型并不准确。

　　根据这个结果，他们对设计继续进行了修改，预计即使在最极端的条件下，也能防止实际核聚变装置的磁体出现这种规模的损坏。

　　Hartwig教授强调说，团队之所以能够完成这样一项创纪录的全新磁体设计，并在第一时间以极快的速度完成，主要得益于阿尔卡特C-Mod托卡马克、弗朗西斯-比特磁体实验室以及PSFC开展的其他工作数十年来积累的深厚知识、专业技能和设备。