磁铁不吸却和铁一样重是什么

研究人员正在研发能够产生高达20特斯拉磁场的新型磁铁。这些图片由GRETCHEN ERTL/CFS提供。

一种新型超导磁体的问世，让聚变能源的实现更加触手可及。最近，的聚变系统（CFS）公司公布了一款D型电磁铁，其尺寸长2米、宽1米。这款磁体产生的磁场强度大约是地球自然磁场的50万倍，且磁场强度是其他类似超导磁铁的两倍。研究人员表示，这一新磁体技术有望让他们在2025年前建造出小型聚变发电厂原型。在这之前，还需要克服诸多技术难题。

CFS公司在2018年从麻省理工学院孵化出来，专注于开发由特殊高温超导材料制成的磁体。这种材料能够产生比传统超导磁体更强两倍的磁场。

聚变反应堆或托卡马克的目标是捕捉氘和氚（氢的重同位素）原子核聚变时释放的能量。为了完成这一目标，托卡马克依赖强大的磁场在环形真空室内捕获并压缩超高温电离气体或等离子体。

研究人员尚未建造出产能超过耗能的托卡马克，并且一直认为需要大型反应堆才能实现“收支”平衡。例如，正在建设的国际热核聚变实验堆ITER，其真空室高达11米、宽19米。

但CFS的研究人员表示，利用高磁场的磁铁，托卡马克的尺寸可以大大缩小，因此成本更低，更容易建造。他们使用高温超导体稀土钡铜氧化物组成的线圈来制造所需磁铁，而非铌锡等常规超导金属。当超导体冷却至接近绝对零度时，只要电流和磁场不太强，超导体就可以无电阻地传输电流。

设计能够承受磁场对载流线圈产生的巨大机械应力的磁体是主要的挑战，这一点被麻省理工学院等离子体物理学家和工程师Brian LaBombard所强调。他将其比作给气球加压。常规超导体可以被设计成坚固耐用的线圈，但高温超导体是由相对脆弱的磁带制成。CFS研究人员采取了一种创新设计，即在较强的金属层之间夹入薄磁带。

在最近的测试中，新磁铁成功产生了20特斯拉的磁场，并持续了约5小时。CFS研究人员表示，他们有能力无限期维持这一磁场。该公司表示，有了这种新磁铁，他们已经准备好迈向下一个目标：开发一个名为SPARC的原型反应堆，类似于ITER。

单一的磁铁并不能构成完整的托卡马克。去年的一份报告指出，要在2040年前实现聚变发电厂原型，该领域仍需克服许多其他技术挑战。这包括开发能够承受等离子体的热量和中子轰击的材料，以及更好的从真空室热氦的方案。（文乐乐）