摘要：国际上，各国在核聚变研究方面既有合作，也有各自独特的发展路径。其中，全球主要国家曾携手在法国建造国际热核聚变实验堆（ITER），旨在验证核聚变发电的可行性。

全球能源需求持续攀升，寻找可持续的清洁能源成为当务之急。在众多潜在的解决方案中，核聚变因其高效、清洁且能源潜力近乎无限的特点，备受瞩目。

各国科研团队纷纷投身于核聚变研究，一场激烈的竞争在全球范围内悄然展开。

国际上，各国在核聚变研究方面既有合作，也有各自独特的发展路径。其中，全球主要国家曾携手在法国建造国际热核聚变实验堆（ITER），旨在验证核聚变发电的可行性。

然而，各国的具体举措存在差异。美国曾率先拆除托卡马克装置，转而钻研激光点火核聚变；日本和欧洲则持续对托卡马克进行升级，为 ITER 提供技术支撑；中国和韩国也积极行动，建造更为先进的托卡马克装置，并大力培养相关人才，为核聚变的商业化做充分准备。

在这场全球核聚变研究的竞赛中，麻省理工学院的表现格外亮眼。他们研发的新型高温超导磁体为核聚变的发展带来了新契机。

该磁体成功地大幅削减了托卡马克装置的体积和成本，仅为 ITER 的 1/40，此乃重大突破。这一创新成果使核聚变研究在迈向商业化的道路上迈出了关键一步，不仅显著降低了核聚变装置的建设费用，还为其在更广泛领域的应用创造了有利条件。

依托这一新型磁体，麻省理工学院的 Sparc 托卡马克装置有望按计划于 2025 年投入运行。该装置的设计与研发是核聚变研究的重要项目，若能如期实现，将为人类实现核聚变发电的梦想带来实质性的推进。

其成功运行有望为全球能源问题提供全新的解决思路，推动人类社会迈向清洁能源的新时代。

麻省理工学院在核聚变研究中的创新理念值得深入剖析。为实现设备的小型化，他们着力增强磁场强度。

鉴于等离子体的约束时间与直径的平方成正比，而功率密度与磁场的四次方成正比，磁场强度翻倍，聚变功率便可提升至 16 倍。基于此，麻省理工学院选择将重点放在提高磁场强度上，而非像 ITER 那样扩大装置规模。

更为大胆的是，麻省理工学院还提出去除绝缘材料的设想。在传统超导磁体设计中，绝缘材料用于防止电流短路引发发热和磁体失效。

然而，麻省理工学院的科学家们认为，在超导状态下，材料电阻为零，电流可无损耗流动，绝缘材料的存在似乎并非必需。去除绝缘层带来诸多益处。

首先，可简化制造流程，节省成本与时间。其次，能使超导带更紧密排列，提升磁场的强度与均匀性。

再者，冷却可直接接触超导带，提高冷却效率。最后，潜在的过热现象能在整个磁体中更均匀分布，避免局部损伤，增强磁体的整体稳定性与安全性。

为验证这一“裸奔”设计的可行性，研究人员展开了极限测试。他们对磁体的每个组件进行拆解，仔细分析了数百个仪器记录的数据，并实施了两次极限测试。

在测试中，研究人员刻意制造极端条件，突然切断所有电源。由于超导体的零电阻特性，磁体内部仍能维持强大电流。

不过，若部分磁体因外部条件变化而过热或受到机械应力，可能会超过临界温度或临界磁场，导致超导性丧失，转变为正常的阻性状态，进而产生热量。在这种情况下，磁体内部的电流依然较大，容易导致局部温度升高。

倘若无法有效散热，就可能引发灾难性的过热，损坏磁体结构，这种现象被称作淬火。最终，在 16 个磁体中，仅有一个磁铁的一个角出现熔化。

科学家们依据此结果重新进行设计，以确保在最为极端的状况下，磁体也不会再受到损害。这一结果表明，“裸奔”设计不仅在理论上可行，在实际应用中同样行之有效。从 2018 年开始，麻省理工学院投入使用了全球大部分的 4 毫米高温超导胶带，总长度达到 300 公里。这些氧化钇钡铜（YBCO）胶带最终被制作成 16 个线圈，形成了一个环绕托卡马克装置的环形磁场。

YBCO 胶带能够在液氮温度（-196℃）下工作并承载电流，从而在更小的空间内产生更强的磁场。这种高温超导材料的应用，为核聚变研究带来了新的可能性，显著提升了磁场的强度和稳定性。

2021 年 9 月 5 日，麻省理工学院的等离子体科学与聚变中心（PSFC）实验室迎来重要时刻。科学家们利用这种高温超导材料制造的新型磁体，创造了大型磁铁磁场强度的新纪录，达到惊人的 20 特斯拉。

这一强度是地球磁场的 40 倍，其强大力量足以将一艘航空母舰抬离水面。这一创纪录的磁场强度为核聚变研究提供了更强大的约束能力，使等离子体能够在更为稳定的环境中进行反应，为实现核聚变的目标奠定了坚实基础。

Sparc 托卡马克装置作为麻省理工学院核聚变研究的重要成果，具有明确的性能目标。该装置有望在体积和成本仅为 ITER 的 1/40 的情况下，成功维持 2 亿开尔文的高温等离子体达 10 秒钟，实现 140 兆瓦的聚变功率输出，达到 Q 值 2 到 11 的目标。

尽管 Sparc 只是一个演示装置，但其目标与 ITER 相近，为核聚变的实际应用提供了重要的参考和验证。通过不断的优化与改进，Sparc 托卡马克装置有望为人类实现核聚变能源的梦想作出重要贡献。

除了 Sparc 托卡马克装置，麻省理工学院还对 ARC 聚变反应堆进行了精心规划。ARC 聚变反应堆的直径为 6.6 米，仅为 ITER 的一半，但其 Q 值可达 13.6，输出功率为 270 兆瓦。

尤为重要的是，ARC 的成本可能仅为 ITER 的一小部分。通过取消绝缘材料，该装置能够更加紧凑、强大，进一步降低成本。

目前，该项目已获得超过 20 亿美元的私人资本投资，投资者包括意大利埃尼集团、比尔·盖茨的突破能源以及淡马锡控股等。这些资金的注入为 ARC 聚变反应堆的研发提供了坚实的经济保障，使这一项目的推进更具可行性。在核聚变领域，除了麻省理工学院的不懈努力，还有其他团队也在持续取得突破，为核聚变技术的发展带来了新的技术和思路。Helion 团队计划在 2028 年为微软提供核聚变电力。

他们将磁性约束和惯性约束相结合，通过等离子体磁场直接发电，省去了传统的锅炉烧水环节。这种创新的技术路径为核聚变的应用拓展了更多的可能性。

另有一个团队正在致力于研究一种新型的核聚变燃料。这种燃料能够在相对较低的温度下实现核聚变反应，从而降低了对反应条件的要求。

他们通过精心设计燃料的成分和结构，提高了燃料的利用率和反应效率。在实验过程中，他们对反应过程进行了精细的监测和调控，不断优化反应条件，取得了令人振奋的成果。

此外，还有一些团队专注于核聚变反应装置的材料研究。他们努力开发能够承受高温、高压和强辐射环境的新型材料，以提升反应装置的稳定性和可靠性。

通过深入研究材料的物理和化学性质，他们筛选出了一批具有潜在应用价值的材料，并进行了一系列的实验验证。这些材料的研发将为核聚变反应装置的长期稳定运行提供重要保障。

在全球核聚变研究的征程中，各国科研团队从不同的角度和方向进行探索和突破。他们的努力和成果为核聚变技术的发展注入了源源不断的活力，也为人类实现清洁能源的梦想带来了更多的希望。

相信在这些团队的共同奋进下，核聚变技术必将不断取得新的进展，为人类的未来开创更加美好的能源前景。 。

来源：平听新视角