研究表明，REBCO 高温超导体是托卡马克磁体的理想选择 – 物理世界

美国进行的一项广泛研究证实，由稀土钡铜氧化物 (REBCO) 高温超导体制成的磁体是未来聚变实验中限制等离子体的理想选择。该团队表明，这些磁铁既坚固又紧凑，使其成为未来托卡马克装置的实用选择，例如 SPARC，由 Commonwealth Fusion Systems (CFS) 和 MIT 等离子体科学融合中心 (PSFC) 开发。

这项研究是由 CFS 和 PSFC 的研究人员完成的，他们创造了用于研究磁铁的新诊断仪器。

托卡马克聚变反应堆使用非常强的磁场将氢等离子体限制在其环形内部。这使得等离子体被加热到非常高的温度，使氢核融合在一起，释放大量能量。托卡马克研究的最终目标是从聚变等离子体中获取比输入更多的能量，从而创造出相对清洁的能源。

这些磁场是由电磁体产生的，在现有的托卡马克中，这些磁场是用传统导体（铜）或低温超导体制成的电线缠绕的。这两种方法都有优点和局限性，因此聚变研究人员热衷于探索其他磁体选择。特别是，大多数现有的磁体技术对于需要更高磁场水平的下一代设备来说太大且太昂贵。

领域有限

“功耗非常低的超导磁体现已以足够的规模集成到聚变装置中，”解释道 扎克·哈特维格 麻省理工学院的他领导了这项新的分析。 “然而，他们都使用了限制磁场强度约为 5 T 的超导体。”即使被限制在这些场中，等离子体也会逐渐泄漏。

2018 年至 2021 年间，PSFC 和 CFS 的研究人员合作开发了 REBCO 磁体，旨在增强限制场，而且材料的性能非常有前途。

“REBCO 能够产生极高的磁场，并且还可以在高达 20 K 的温度下承载非常高的电流密度，”Hartwig 解释道。 “这使得超导磁体具有卓越的工程设计和性能。”

现在，Hartwig 和同事报告了使用麻省理工学院专门建造的测试设施对 REBCO 作为超导磁体的性能进行的一系列全面测试的结果。

接近两倍

通过 2021 年 20 月进行的实验，该材料表现出超过 XNUMX T 的峰值磁场。这几乎是之前类似应用中其他超导磁体所达到的最高磁场的两倍。

此后，研究人员进行了进一步的测试，将 REBCO 磁体的性能推向了极限，同时对其操作进行了分析。

该团队现在在一系列论文中展示了他们的发现 IEEE 应用超导学报。它们深入描述了磁体的所有组件以及它们在高磁场下的性能。 Hartwig 的团队现在相信 REBCO 非常适合其预期目的。

“尽管存在巨大的机电负载，但磁铁的电气、热和结构性能在稳态运行时的表现与设计完全一致，”哈特维格说。 “这验证了该计划中开发的先进计算模型，并通过实验证实高场超导磁体对于聚变能是可行的，”他补充道。

体积小得多

至关重要的是，实验证明 REBCO 能够在比以前的聚变装置小约 12 至 30 倍的体积内维持适合等离子体约束的 40 T 场。

Hartwig 解释道：“REBCO 实现的规模大幅缩小将降低磁约束装置的建造成本并加快进度，并为聚变能源发电厂带来更有利的经济效益。”

“也许最重要的是，规模的缩小使聚变能源实现了关键转变：从跨国、政府资助的科学项目转变为私人资助、使命驱动的公司，专注于将可行的新型零碳能源商业化，”他补充道。

基于他们有希望的发现，PSFC 和 CFS 团队现在希望他们的分析能够为未来的聚变研究提供有价值的指导：也许让物理学界最期待的目标之一更接近现实。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/rebco-high-temperature-superconductors-are-ideal-for-tokamak-magnets-study-suggests/