科學家們正在努力實現核聚變作為一種幾乎取之不盡、用之不竭的清潔能源的潛力，其中一個方法是通過新的和改進的磁鐵，它可以限制等離子體的場，以便發生關鍵反應。一個代表着這些部件製造方式的“革命性變化”的新例子，通過促進核聚變發電所需的超熱和持續的等離子體流類型成為現實，可以構成“拼圖”的一個關鍵部分。
該磁鐵是由普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家開發的，目的是改善所謂托卡馬克核聚變反應堆的性能。這些甜甜圈形狀的設備被設計用來限制環形的等離子體流，使原子在極端的壓力和熱量下融合在一起，持續釋放出巨大的能量。
但是，實現這些持續的等離子體流的許多困難之一是它們對中央電磁鐵的狀況構成的威脅，這是一個產生電流和磁場的螺線管。被稱為中子的高能亞原子粒子從等離子體中噴出，可以侵蝕磁鐵線圈的絕緣層，影響其性能和壽命。
“如果我們正在設計一個將連續運行數小時或數天的發電廠，那麼我們就不能使用目前的磁鐵，”PPPL的首席工程師、描述該研究的一篇論文的主要作者Yuhu Zhai說。“這些設施將比目前的實驗設施產生更多的高能粒子。今天生產的磁鐵對於未來的商業核聚變電站等設施來說，將不能持續足夠長的時間。”
為了開發他們的新型磁鐵，科學家們精心製作了由鈮和錫製成的電線，這些電線以一種特殊的方式被加熱以形成一種新型的超導體。這種新的布線材料允許電流在極低的溫度下流動，而且阻力很小，這就減少了對絕緣的需求。其結果是布線不容易退化，而且研究人員說它在性能方面有其他改進。
“在我們的測試中，我們的磁鐵產生了電線所能承載的最大電流的83%，這是一個非常好的量，”Zhai說。“科學家們在設計和建造高功率磁體時，通常只使用超導線材電流容量的70%。而像法國正在建造的國際核聚變設施ITER中使用的大型磁體，通常只使用50%。”
據稱，這種磁體在製造上也比目前的解決方案更簡單、更便宜。而且，由於它可以在更高的電流密度下運行，它可以在托卡馬克裝置內佔用更少的空間，同時允許產生更強的磁場。
PPPL的首席科學官Michael Zarnstorff說：“這是對你如何製造電磁鐵的一個革命性的改變。通過只用金屬製造磁鐵並消除使用絕緣體的需要，你擺脫了很多昂貴的步驟，並減少了線圈發生故障的機會。這真是非常重要的東西。”
這項研究發表在《超導體科學與技術》雜誌上。