類似于冰箱上使用的永久磁鐵，可以加速聚變能量的發(fā)展，聚變能量與太陽等恒星產(chǎn)生的能量相同。

據(jù)美國能源部（DOE）普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）和德國格雷夫斯瓦爾德的馬克斯·普朗克等離子體物理研究所的科學(xué)家表示：理論上，這種磁體可以極大地簡化“仿星器”扭曲聚變?cè)O(shè)施的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。PPPL創(chuàng)始人小萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer Jr.)在20世紀(jì)50年代初發(fā)明了仿星器。

大多數(shù)仿星器使用一組復(fù)雜的扭曲線圈，這些線圈像糖果棒上的條紋一樣螺旋狀，產(chǎn)生磁場，塑造和控制推動(dòng)聚變反應(yīng)的等離子體。像冰箱一樣的永久磁鐵，可以產(chǎn)生這些基本磁場的堅(jiān)硬部分，能讓簡單非扭曲的線圈產(chǎn)生剩余的部分，而不是復(fù)雜的線圈。馬克斯·普朗克仿星器理論部門負(fù)責(zé)人、研究的主要作者物理學(xué)家佩爾·海蘭德說：扭曲線圈是仿星器最昂貴和最復(fù)雜的部分，必須以非常復(fù)雜的形式制造出非常高的精度。

最貴的纏繞線圈

研究正試圖通過使用永久磁鐵來降低對(duì)線圈的要求，簡化仿星器，運(yùn)行起來沒有更廣泛使用的托卡馬克聚變?cè)O(shè)備所面臨的破壞性中斷風(fēng)險(xiǎn)，可以擁有巨大的吸引力。PPPL主任、該論文的合著者史蒂夫·考利說：我對(duì)使用永久磁鐵來塑造仿星器中的等離子體感到非常興奮，它使工程設(shè)計(jì)變得簡單得多，其研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上。聚變是驅(qū)動(dòng)太陽和恒星的動(dòng)力，它將輕元素以等離子體的形式結(jié)合在一起。

等離子體是由自由電子和原子核組成物質(zhì)的熱、帶電狀態(tài)，可以產(chǎn)生大量的能量。世界各地的科學(xué)家正在使用托卡馬克、仿星器和其他設(shè)施，努力在地球上創(chuàng)造和控制聚變，以提供幾乎取之不盡的能量來發(fā)電。永磁體的新想法是喬納森·扎恩斯托夫在初中時(shí)提出的一個(gè)科學(xué)博覽會(huì)項(xiàng)目分支，喬納森·扎恩斯托夫是PPPL首席科學(xué)家邁克爾·扎恩斯托夫的兒子，也是研究的合著者。

父子方案

當(dāng)時(shí)喬納森想制造一種軌道炮，這是一種通常使用高壓電流產(chǎn)生磁場的裝置，可以發(fā)射炮彈，但是在教室里使用高壓電流會(huì)很危險(xiǎn)。父子倆得出的解決方案是使用釹或稀土永磁體來安全地產(chǎn)生磁場，稀土磁鐵具有令人驚訝和有用的特性。由于磁鐵的小尺寸，它們會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)大的磁場，而這些“硬”磁場幾乎不受附近其他磁場的影響。因此，這些磁鐵可以提供物理學(xué)家所說螺旋狀星體磁場的“極向”部分，而簡單的圓形線圈可以提供構(gòu)成磁場其余部分的“環(huán)形”部分。

多年來一直在考慮這一點(diǎn)，但沒有時(shí)間來發(fā)展這個(gè)想法，在與考利和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校物理學(xué)家卡里·福雷斯特的討論中，這個(gè)想法最終實(shí)現(xiàn)了。永久磁鐵總是處于“開啟”狀態(tài)，這與仿星器和托卡馬克使用的標(biāo)準(zhǔn)電磁線圈形成鮮明對(duì)比。這樣的線圈在電流流過時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場，電流需要永磁體不需要的電源，使用永磁體簡化仿星器線圈的其他優(yōu)點(diǎn)包括：

1）成本低于手工制作的電磁鐵?

2）在簡化線圈之間創(chuàng)建充足的空間，以便于維護(hù)?

3）能夠重新定位磁鐵以創(chuàng)建各種形狀的磁場

4）降低工程和制造風(fēng)險(xiǎn)

永久磁鐵也有缺點(diǎn)，不能把它們關(guān)掉，這意味著它們可以吸引射程內(nèi)的任何東西，產(chǎn)生的最大場強(qiáng)也有限。盡管如此，這樣的磁鐵“可以很好地在通往反應(yīng)堆的道路上創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)，而且可能會(huì)有更強(qiáng)大的永久磁鐵出現(xiàn)。永久磁鐵是一種策略和一套新的工具，必須弄清楚如何使用它們。該設(shè)施可以升級(jí)，以增加其現(xiàn)場力量，為繼續(xù)開發(fā)簡化的機(jī)器做準(zhǔn)備。最終，包括永久磁鐵在內(nèi)的仿星器可能會(huì)產(chǎn)生能量為全人類發(fā)電。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.095001

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