麻省理工学院与Commonwealth Fusion Systems公司合作研发的可控核聚变技术取得重大突破,新型高温超导材料制成的强磁场线圈测试成功,其成本大幅降低,满足商用标准,预示着可控核聚变商业化进程的加速。这一进展引发了广泛关注,不少人认为可控核聚变时代即将到来。
可控核聚变的核心挑战之一在于如何约束高温等离子体。托卡马克装置利用强磁场来实现等离子体约束,而强磁场的产生需要强大的磁铁。
传统的铜线磁铁磁场强度有限,且能耗巨大。麻省理工学院的解决方案是采用高温超导材料。
超导材料在特定温度下电阻消失,可以承载更大的电流而不发热,从而产生更强的磁场。
高温超导材料的优势在于其超导临界温度较高,可以使用成本更低的液氮进行冷却,相比于需要液氦冷却的低温超导材料,具有显著的经济优势。麻省理工学院利用高温超导材料成功实现了20.1T的强磁场,为可控核聚变的商业化应用扫清了关键障碍。
值得注意的是,超导材料的电流承载能力并非无限,受到临界电流密度的限制。
早在2021年,麻省理工学院和Commonwealth Fusion Systems公司就实现了20T的强磁场,但当时的超导线圈体积庞大,成本高昂,难以商用。过去三年,双方致力于超导线圈的小型化和成本控制。
根据麻省理工学院公布的数据,新型线圈的成本仅为之前的1/40,达到了商业化应用的要求。
实现成本降低的关键在于无绝缘线圈技术。传统的超导线圈需要绝缘层来防止短路,而麻省理工学院采用了REBCO(稀土钡铜氧化物)高温超导材料。
这种材料的超导特性具有方向性,只在特定方向导电,无需额外的绝缘层,从而可以制造更加紧凑、成本更低的磁铁。
可控核聚变中的另一个挑战是等离子体湍流。湍流的不可预测性使得等离子体的控制变得困难。
人工智能,特别是深度学习和神经网络,可以帮助分析等离子体湍流的规律,从而提高点火效率和发电效率。许多研究都探讨了如何利用AI技术来优化托卡马克装置中的等离子体控制,这为可控核聚变的发展提供了新的思路。
此次突破并非可控核聚变的最终实现,而是标志着关键材料技术达到了商用标准,从科学可行到工程可行再到商用可行,其发展速度令人瞩目。 可控核聚变技术的进步,与人工智能、量子计算等领域的发展相互促进,共同推动着科技的飞速进步。
这些曾经被认为遥不可及的技术,正在逐步走向现实,预示着人类科技发展进入了一个新的阶段。
20T还是低了些,磁场强度能达到40T以上就可以大有所为。