麻省理工:超導突破意味著核聚變將進入實用

banq發表於2024-03-10


本月發表在《電氣和電子工程師學會應用超導期刊》(IEEE Transactions on Applied Superconductivity)上的六項獨立研究,評估了麻省理工學院科學家在 2021 年 9 月進行的具有里程碑意義的測試中使用的超導磁體的可行性。

聚變反應堆的每瓦成本在一天之內就降低了近 40 倍。

現在核聚變有機會了。

成功壓縮
聚變是為恆星(包括太陽)提供能量的過程。氫等小原子和豐富的原子結合在一起,產生的熱量可以用來發電。與核裂變不同,核聚變過程產生的輻射很小,因此更加安全,而且只需要氫原子作為燃料,而不需要鈾和鈽等稀有危險元素。

在恆星中,巨大的引力會自然而然地將恆星核心中的氫原子撞擊在一起,這就是恆星能夠持續燃燒數百萬年甚至數十億年的原因。不過,作為弱小的人類,要把原子壓縮在一起,我們需要將它們置於極高的溫度和壓力之下。

一種策略是使用一種叫做託卡馬克的機器,一個內襯巨大超導磁體的甜甜圈形腔體,將氫鎖定在適當的位置。許多核聚變反應堆的設計都使用託卡馬克。

關鍵的磁線圈
麻省理工學院的研究人員使用了一種名為 REBCO 的實驗材料,使磁體在 20 開爾文的溫度下具有超導性--這個溫度雖然略高,但比以前可能達到的溫度要實用得多。

但這還不是全部。

研究人員大膽冒險,去掉了磁體超導帶線圈周圍的絕緣層,絕緣本來是防止短路的標準措施,去掉以後:

  • 大大簡化了設計
  • 具有 低電壓系統的優勢
  • 變成了一個無絕緣線圈。

在目前具有里程碑意義的全面測試中,研究人員建造了一個重達 2 萬磅的磁鐵,能夠維持超過 20 特斯拉的磁場,足以支援實現淨功率輸出的聚變反應。

此外,多項測試表明,該設計非常堅固穩定,能夠承受因斷電而產生的極度高溫。

也就是說:在測試了線圈效能的所有其他方面之後,研究人員故意對線圈做了最壞的事情。但是發現:線圈的大部分卻沒有損壞。

網友
1、這種新型超導材料的主要優點不是它具有更高的溫度,而是它可以在淬火(爆炸)之前處理更高的臨界磁場強度。他們能夠生產 20 特斯拉。ITER 生產 11.8 特斯拉,Helion 稱他們生產 12 特斯拉。

2、如果使用這些磁鐵建造 ITER 規模的裝置,它可以產生 7GW,而不是預期的 450MW。這將是世界上最大的發電廠之一(第 15 大發電廠)。

4、它們可以產生更高的磁場強度,同時需要更小的磁鐵,這意味著反應堆將是 2-3 層而不是 15-20 層。這意味著如果他們需要改變東西,他們可以更快地迭代,這是麻省理工學院現在 CommonWealth Fusion Systems 實現核聚變的另一個方面。

5、去除絕緣膠帶很有趣。整個系統幾乎就像一個電子一樣。有時,超導體研究感覺就像尋找一種潤溼劑或表面活性劑,可以分解導致顆粒捲曲的表面張力。

6、REBCO 超導體於 1986 年被發現,並自 2010 年以來以帶狀形式進行商業化量產 - 這是突破嗎?

7、這與室溫超導性無關,而是與更高效的超導體有關。

8、距核聚變僅10年?
 

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