高温超导体可帮助研究人员开发更好的聚变能技术

研究人员正在依靠一种新开发的材料来实现长期的实用核聚变梦想。他们认为高温超导体(HTS)可以将聚变电厂的效率提高到商业上可行的水平。

顾名思义，超导体是极其有效的电导体。它们用于制造功能强大的电磁体和其他设备。

超导体还需要极低的温度才能正常运行。如果温度达到接近室温的温度，它们将迅速失去效力，直到其性能无法与普通材料区分开。

聚变电厂的极热条件不是超导体的好地方。反应堆内部的温度可以与正在复制其能量的太阳的热量相媲美。

另一方面，高温超导体可以在更高的环境温度下保持运行。用新材料制成的电磁体有望比其前任产品强大得多。(相关：旨在管理太阳光的AI系统。)

聚变反应堆越小，效果越好

这些新的超导体是麻省理工学院(MIT)计划的新聚变反应堆设计的关键。高温超导体磁体可以提高聚变反应堆的能源效率，从而使发电厂最终产生的电能超过其消耗的电量。

该大学的等离子体科学与融合中心的研究人员与科技初创公司Commonwealth Fusion Systems合作。他们将共同建造SPARC聚变反应堆，这是“价格合理，坚固，紧凑”(ARC)设计的改进版本。

聚变反应堆通过将两个原子的核合并为密度更大的核来产生能量。这些核都带正电，因此它们之间会非常强地排斥。

为了克服这种强烈的排斥作用，反应堆提高了温度以匹配太阳的热量。它这样做会消耗大量能量，从而抵消了成功的核聚变所产生的能量。

研究人员认为，采用更强的电磁体可以使聚变过程更有效。聚变反应堆利用磁场将电离的气体与其较凉的环境隔离开来。较强的电场将改善绝缘性，从而减少设备所需的空间。

将磁场强度提高100%将使反应堆的尺寸减小到其原始体积的八分之一。更紧凑的设备可以匹配更大得多的等效功率输出。建造和运营也将更便宜。

使用高温超导体为聚变反应堆中的电磁铁供电

增加电磁铁功率的最佳方法是用超导体材料制成。超导体不会浪费任何电能，因此它们会提供磁体所需的所有功率，以使等离子体保持在聚变设备内部。

高温超导体通过在更高的温度下继续工作而使普通超导体失效，从而进一步扩大了这一范围。此外，它们不受极强磁场的破坏作用的影响。

第一批HTS的形状不适合用作电磁体。最终，研究人员学会了如何以带状形式生产这种材料，从而使超导体能够结合到磁体中。

可悲的是，这种形式仍然不适合用于聚变反应堆。问题不在于形状，而是尺寸。反应堆中的电磁体又大又笨，与细长的带子正好相反。