據外媒New Atlas報道，在核聚變領域，一些人正在追求清潔、取之不盡用之不竭的能源，比如那些建造世界最大的托卡馬克反應堆ITER的的人。與此同時，其他人正在研究更緊湊、更實惠的設計，試圖將技術向前推進。麻省理工學院科學家的一項新突破表明，一些最大的進展可能就來自於這些規模較小的項目，該團隊揭示了一種創紀錄的超導磁體，是世界上同類產品中最強大的。
這種新型磁鐵的開發是由麻省理工學院的科學家領導的，他們在2015年首次披露了一個實驗性的聚變反應堆設計。該反應堆被稱為ARC，是一個圓環形的托卡馬克，與ITER一樣，它試圖重現我們太陽內部的條件，看到氫原子在極端的熱量和壓力下融合在一起，釋放大量的清潔能源。然而，ARC的大小約為ITER的一半，其半徑為3.3米（10.8英尺）。
無論是ITER、ARC還是像德國Wendelstein 7-X恆星儀那樣曲折的聚變反應堆，其物理學和總體目標基本相同。氫同位素氘和氚被引入室中並過熱以形成旋轉的等離子體，然後需要將其懸空並防止其轉向牆壁或任何固體。而要實現這一點，磁鐵是關鍵。
無論是在Wendelstein 7-X中工作的錯位磁線圈，還是在傳統托卡馬克中看到的整齊、重複的磁線圈序列，都是為了產生如此強烈的磁場，以便能夠將等離子體固定在原地足夠長的時間來發生聚變反應。但是在ARC工作的科學家們一直在追求一種具有關鍵差異點的磁鐵技術。
在ITER依靠超導磁體來控制其等離子體的地方，這些是低溫磁體，當冷卻到約-269℃時就會變成超導。ARC的科學家們正在尋找使用他們所謂的高溫超導體，它可以在更小的空間內獲得更高的磁場。該團隊一直在使用一種商業化的帶子，這種帶子裝在線軸上，並展開成一條扁平的帶子，在更高的溫度下變得超導，產生更強的磁場。因為理論上這將更好地限制等離子體，因此反應堆可以更小，建造成本更低。
以這種帶子為起點，麻省理工學院的科學家們與創業公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）一起，在過去三年裡試圖將它變成一個高功率的磁鐵，用於一個名為SPARC的示範裝置，這是ARC的一個測試平台，將是其一半大小。該團隊的最終產品是一塊磁鐵，它使用267公里（166英里）的超導帶形成16塊板，這些板在一個D形的箱子里堆疊在一起。這個磁鐵被冷卻到大約-253.15°C，在這一點上它成為超導，併產生一個強大的磁場。
“我們建造了一個獨一無二的超導磁鐵，”CFS的運營主管Joy Dunn說。“這需要大量的工作來創建獨特的製造工藝和設備。因此，我們現在已經為SPARC的生產做好了充分準備。我們從一個物理模型和一個CAD設計開始，通過大量的開發和原型工作，把紙上的設計變成了這個實際的物理磁鐵。”
在測試中，該團隊逐步提高了超導磁體的強度，直到它產生了一個強度為20特斯拉的破紀錄的磁場，使其成為有史以來聚變磁體實現的最強大的磁場。
在已經發表了一連串證明SPARC可行性的物理學論文之後，該團隊將其新的磁體視為拼圖中的缺失部分，稱該磁體使其有可能實現相當於在使用低溫超導磁體的40倍大小的反應堆中看到的磁場。
麻省理工學院的Martin Greenwald說：“我們所填補的空白是使用傳統的等離子體物理學和傳統的托卡馬克設計和工程，但將這種新的磁鐵技術帶到它上面。因此，我們並不要求在半打不同的領域進行創新。我們將只是在磁體上進行創新，然後應用過去幾十年來所學到的知識基礎。”
目前，還沒有任何核聚變反應堆證明有能力產生比其運行所需更多的能量，而實現這種”收支平衡”將是一個歷史性時刻。憑藉他們強大的新磁鐵，科學家們相信他們已經向這個目標邁出了重要一步。
麻省理工學院負責研究的副校長Maria Zuber說：“我現在真正感到樂觀的是，基於磁鐵所展示的性能，SPARC可以實現凈正能量。下一步是擴大規模，建立一個實際的發電廠。前面仍有許多挑戰，其中最重要的是開發一種允許可靠、持續運行的設計。而且意識到這裡的目標是商業化，另一個主要挑戰將是經濟問題。你如何設計這些發電廠，使其在建造和部署時具有成本效益？”
SPARC預計將於2025年完成。