麻省理工学院(MIT)的科学家们宣布,核聚变技术来到了"分水岭时刻"。

总所周知,核聚变效率更高,同时几乎没有放射性的副产品,属于绿色能源。

问题是,除了传说中的常温核聚变,要想让原子核融合,需要极端的高温条件。以至于人类只能用强磁场来约束聚变过程中的超高温等离子体流。但是,磁场或者说磁感线不均匀分布的特点,导致装置的规格必须非常非常的大——保证磁场最薄弱之处也能约束住高温等离子体。能耗也因此非常之大,甚至维持核聚变反应堆的能量支出还略大于反应堆制造的能量。这就是基于托卡马克装置的核聚变技术迄今无法投入实用的原因。

现在研究人员已经制造出了迄今为止最强大的磁铁:实际上是第一块能够产生足够强的持续磁场使核聚变发生的磁铁。

"聚变几乎就是终极清洁能源,"来自麻省理工学院的地球物理学家玛丽亚·祖贝尔说,"足以改变世界的面貌。"

新磁铁由16个板块堆叠在一起组成,高约3米,利用一种叫做ReBCO的超导材料。在大约两周的运行时间内,它能够达到破纪录的20特斯拉的磁场强度。

麻省理工学院的科学家和他们在创业公司Commonwealth Fusion Systems(CFS)的合作者开始考虑如何将该设备装入核聚变反应堆。使用一个圆形托卡马克装置,被束缚的等离子体可以被加热到1亿摄氏度或更高的温度,从而触发核聚变反应。

研究小组说,有了他们开发的紧凑型模块化磁体,就有可能在体积仅之前1/40的反应堆中获得类似的性能。

该技术的规模化对于使核聚变实用化和具有成本效益至关重要。

用于驱动反应堆的燃料将是水中的氢同位素--由于我们拥有几乎无限的水,这些反应堆可以无限期地运行。更重要的是,它们产生的不良副产品非常少。

所有参与方都承认,还有很多工作要做,还有很多障碍要克服,但制造出超强磁铁是最大挑战之一,而现在我们赢下了一局。现在,核聚变项目其他部分的进展可以加快了。

麻省理工学院和CFS团队希望在2025年之前建立起测试工厂。

https://www.sciencealert.com/mit-just-made-a-major-advance-when-it-comes-to-harnessing-fusion-energy


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  1. talkativefox @ 2021-09-10 14:54:025021500

    从永远的50年,变成永远的49年?

  2. 飞雪敛梦 @ 2021-09-10 14:59:455021506

    虽然我看不懂,但我还是大受震撼

  3. 林芮 @ 2021-09-10 15:00:005021507

    赞~想想扔在沙滩上,能吸出来多少铁砂~~!

  4. 铁路桥 @ 2021-09-10 15:57:215021564

    @talkativefox: 跟我们的50年根本不能比,我们只用了20年就到了

  5. baozixi @ 2021-09-10 16:01:195021568

    聚变这种造福人类的技术,请务必开源!

  6. 凶残大呆萌 @ 2021-09-10 16:01:315021570

    坐等本世纪中叶中国可控核聚变商用

  7. 阿了个乐 @ 2021-09-10 16:24:485021584

    以为钢铁侠的方舟指日可待了,结果光一个磁铁就3米高…

  8. Co @ 2021-09-10 16:34:035021600

    希望能在核聚变发明出来之前,人类能先准备好面对这种全新能源的新的国际秩序和伦理吧。上一次能源革命之后发生了什么大家有目共睹,现在的世界秩序或多或少是建立在能源供应秩序之上的,如果某一个国家开发出自由能源,这无疑和核弹被单独一个国家所拥有一样的。

  9. ZHX @ 2021-09-10 16:51:485021616

    特斯拉这个单位为什么这么大,人类最强磁铁也不过20特斯拉。。。

  10. SS @ 2021-09-10 16:58:565021620

    @阿了个乐: 可以先从高达开始。

  11. ab @ 2021-09-10 17:14:315021636

    核聚变队领先了,那么脱发队呢?

  12. khdfd @ 2021-09-10 17:32:335021658

    希望能活着看到核聚变商用的那天

  13. 林芮 @ 2021-09-10 17:42:255021668

    @ab:
    “为什么要研究这个,我们又没有头发”.jpg

  14. mmx @ 2021-09-10 17:44:215021669

    @khdfd: 算了吧,要商用的话 Q值至少要达到20。现在搞了6,70年才 0.7

  15. mmx @ 2021-09-10 17:47:545021670

    @ZHX: 因为一个特斯拉等于一万高斯

  16. 人生逆行 @ 2021-09-10 17:57:175021673

    没钱人希望能亲眼目睹

  17. linkous @ 2021-09-10 18:54:215021699

    @阿了个乐: 钢铁侠的那个就是文中的“传说中的常温核聚变”,已经被证明是骗局

  18. Pstnk @ 2021-09-10 19:03:395021705

    这种实验室里出来的玩意儿,和忽悠没什么区别。想看到可控核聚变,再等50年吧。
    其实旁边就有一个天然的可控核聚变:太阳。直接利用太阳能,比核聚变靠谱多了。我曾经算过,中国那些沙漠所能提供的太阳能,足以提供中国现在能量消耗的十倍以上,这还是在现有太阳能板的效率情况下。以现在太阳能电池的产量,即使不再增加,也只需十余年就在电力领域占据半壁江山。而且现在太阳能电池板的生产效率大幅提高,所谓“太阳能电池发的电还不及生产它的能耗”是几十年前的老黄历了。
    无独有偶,就在前两天,拜登发布了美国能源计划,打算用15年时间,把一半的电力供应变成太阳能。
    很多人都有种错觉,认为只有最新、最尖端的技术才是好的、有用的。但实际上,只有做大、做强的技术才是有用的,尖端技术很多都只是摆设,中看不中用。太阳能的这一轮发展,并没有任何炫酷的黑科技,完全是市场推动,但它对世界的影响,远远超过“50年后”的可控核聚变。

  19. 茶叶泡蛋 @ 2021-09-10 19:23:415021729

    超导磁铁产生的磁场

    如何解决核聚变的高温呢?

  20. saiz @ 2021-09-10 21:08:225021819

    洛马吹的磁镜约束呢

  21. mrSunshine @ 2021-09-10 21:35:155021839

    @Pstnk:
    我记得这个id平时不会在不懂的领域随便评论啊?同样的文章在hacker news也看到。翻译一下hacker news的最高oo评论:
    dfdx说:
    核聚变在20世纪后半叶的进展是很大的。从50,60年代时完全没有任何能量输出,到1997年JET 反应堆能达到67%能量输出(输出比输入)。80年代人们逐渐认识tokamak反应堆的参数对能量输出的作用。(这里有个公式我就不翻译了)从这个公式里我们能看到磁铁越强,tokamak反应堆大小就能越小。当时的磁铁技术下,反应堆最小也要6米半径,才能达到输出能量超过输入能量。(当时磁铁能做到6.5Tesla,第一次见这个单位)

    ITER就是80年代设计的,目前在建的,半径6米的反应堆。因为大它耗资巨大。最近因为高温超导体进展,磁铁能更厉害了。于是新的tokamak反应堆半径只需要1.5米。这也是这篇文章的意义。1.5米半径的反应堆容易造很多。

    (太长了剩下不翻译了。大概是说小反应堆面临的新问题。最后这人说:)

    这是我看的一个视频的概述。我本人并不在核聚变相关行业工作。youtube/watch?v=KkpqA8yG9T4

  22. forvord @ 2021-09-10 21:43:505021844

    星际移民又前进了一步

  23. madao @ 2021-09-10 23:44:235021898

    @mrSunshine: 聚变这种什么进展当看着玩儿就行了,本身牛皮就吹得够多了,填平这些牛皮也够几十年了

  24. FC @ 2021-09-11 07:58:275022040

    如果没记错地磁场只有0.0004T吧,20T确实很猛,制约电磁铁一般都是材料问题,不出意外的话这也算是一次材料学突破

  25. X @ 2021-09-11 08:34:175022056

    @baozixi: 想太多,开源了还怎么当皇帝,生杀予夺,言出法随。

  26. 大海的方向 @ 2021-09-11 09:32:135022075

    @Co: 不用担心。越复杂的技术越难以保密。这种规模的技术涉及面太广,没法对所有人长时间保密。

  27. depo @ 2021-09-11 10:06:445022096

    戴森球靠谱

  28. asd @ 2021-09-11 10:16:185022100

    @forvord:
    我们终于可以钻木取火了,接下来就是征服大洋,建立第二个家园。
    核聚变和星际移民的差距,大概比这更加远。
    核聚变下一步是戴森环,是反物质。有了戴森环,有了反物质驱动,才能有保障地展开星际移民

  29. asd @ 2021-09-11 10:19:065022101

    @baozixi: 你花了1千个亿研发出超级技术,你的目的应该是用来赚1万个亿,而不是直接送给别人。
    叫你把所以财产捐给其他可怜人,你也不会愿意。你也不要期待别人可以免费公开极之复杂的技术。

  30. passssss @ 2021-09-11 11:52:045022168

    @asd:
    你确信研究核聚变的人是在等着研发成功后卖技术赚钱?

  31. Pstnk @ 2021-09-11 18:45:205022407

    @mrSunshine: 我并没有在不懂的领域随便评论,可控核聚变是我最早关注的领域,已经有很多年了。我这次断然唱衰核聚变,不是说它在科学或者技术上不可行,而是说它失去机会了。它就如同大量的其它技术一样,沉睡在论文和专利里,再无出头之日。
    可控核聚变之所以获得大量关注,是因为70年代的能源危机,以及随后公众对全球变暖的担忧,再加上70年代以来的几次严重核事故。核聚变似乎是解决这一切的神丹妙药。其它所有能源都存在严重的问题,以至于人们不得不把希望寄托在这个终极解决方案上。
    但就在这几年里,情况发生了微妙的变化。大约在2003年前后,“科学美国人”上发表了一篇文章,探讨了在美国沙漠铺设太阳能电池来提供所有电能以至于所有能源的可能,结论是技术上完全可行,经济上需要征收一定的碳税。但在那之后,随着光伏产业在中国的崛起,太阳能电池的成本迅速降低,产量大幅提高,当初那篇文章变得更加现实了。我之前提到拜登的在2035年将一半电力转为太阳能提供的计划,实现这一计划的前提是把现有的年度增量提高一倍。从光伏产业的角度,这一点都不难做到。至于把电力从沙漠运出来的特高压输电技术,早已实用多年。
    所以我大胆预测,未来的20年里,太阳能将会井喷式发展,这也会引来大量投资,进一步助推。相反地,可控核聚变依旧是按50年的进度缓慢前行,等它真正达到实用水平时,恐怕已经没有位置了。
    当然,有人会说“那晚上怎么发电”。实话说,这根本不是问题,解决办法太多了。
    还有人说:“那以后星际航行怎么办,星际空间哪有太阳能。”没错,星际旅行的最有可能的燃料是核聚变,但它和现在的可控核聚变具有非常不同的科技树。首先,它未必需要“可控”,其次,现有可控核聚变的原料是很不适合的。

  32. Pstnk @ 2021-09-11 18:54:385022416

    @mrSunshine: 此外,我说这个技术是“忽悠”,估计也惹恼了不少人。但翻一下10年,20年,30年,40年,50年前的科学报道,有几项发明创新得到应用了?又有多少是沉睡在故纸堆里?我说它忽悠,就是说这项技术实用的可能性很小,所以“变得可行”就是一种忽悠。
    我并不否认这项研究的意义,但是,我现在就可以拍胸脯说,无论是这项技术,还是现在研究的可控核聚变,都不会实用。相信它们会实用的,就是被忽悠了。

  33. 顾念 @ 2021-09-12 01:22:245022697

    忽悠,是指这个应用不能变的可行?你这个逻辑和大众的逻辑是完全不同。大众的忽悠,基本等同于骗。你不要为了自圆其说而诡辩。
    再有,就算你本意不是这样,我也不同意你的看法。人对真理的追求全部建立在实用之上?我不这么认为,对真理的追求很多时候就是追求真理本身,并不是建立在现实需要的基础上。

  34. 游客 @ 2021-09-12 02:48:315022709

    @Pstnk 这个技术会一直发展,直到理论论证不可能或者成功为止。太阳能当时才是美国人忽悠全世界的东西,太阳能问题很多,而且有不少也都没解决的,没事光扯碳排放就是扯淡,单一个发电峰谷和电势能存储就是一个大问题。而核聚变会诞生各种新技术,所以就算这核聚变最终不管落不落地,他的发展会带动整个能源甚至其他新兴产业链的。其实我在想,火星周围不是没磁场么,不知道能不能用这种磁铁创造一个磁场,

  35. Pstnk @ 2021-09-12 05:57:265022715

    @顾念: 没错,我说的不是大众对“忽悠”这个词的用法,而是美国科学界对这个词的用法。大众理解的“忽悠”就是骗局,美国科学界理解的“忽悠”是指:“把一个概念炒起来,骗到经费,猛发论文,搞到更多经费。等这一轮热潮退了,起码是十几年以后的事了,那时再找下一个炒作话题。反正议会和NSF的政客和官僚不懂也不在乎。”这是我亲耳听到的原话,当然,美国人没看过春晚,不知道“忽悠”这个词,是我擅自替他们总结的。
    对这段话,我是不信的,于是找了不少例子来试图反驳。不过我发现,虽然我找到了不少例子,这段话也的确很不准,但如果不是抱着抬杠的态度,会发现这段话可以准确地解释很多现象。甚至更远些,它甚至可以解释人类科学在二战后令人失望的发展速度。没错,标准模型就是个令人失望的拼凑模型。乱用”1+2+3+…=-1/12”之类的数学技巧消除无限发散而不去找出背后的物理本质,也是令人失望的。至于由这个公式推出宇宙是25维或10维,简直就是瞎拼乱凑。不是说不能这样用,而是说要找出这样用的原因。
    当然了,你还是不会相信这种论调,更会举出一堆例子来反驳“人类科学在二战后的发展令人失望”。

  36. otmtr @ 2021-09-12 09:07:305022781

    @Pstnk:
    "美国科学界理解的‘忽悠’是指:‘把一个……’这是我亲耳听到的原话,……美国人没看过春晚,不知道‘忽悠’这个词“
    你不觉得这段话有逻辑问题吗?
    既然美国人不知道“忽悠”这个词,你是怎么听到的原话?莫不是按你的个人理解把一个英语词硬安到“忽悠”这个中文词上了吧?

  37. zine @ 2021-09-12 11:09:425022881

    英国的球形托卡马克,德国的星形器,好些去看看。

  38. 顾念 @ 2021-09-12 21:55:035023378

    @Pstnk: 科学界确实存在你说的那些现象,也的确让人痛恨和失望。
    我其实不像你,我只是一个普通人,工作完全和前沿科学不沾边,我喜欢听或者看别人的关于前沿科学的事情,我也不知道为什么。
    你的角度可能是从业内的角度出发去评判这件事,我只是从一个普通科学爱好者视角去理解这件事,所以对你的用词感到不适应。不过我还是希望你能理解我并为我们这种不懂的人尽量摆事实,深入浅出的讲道理,让我们明白,这样也许能避免很多误会。

  39. 河马爱吃鱼 @ 2021-09-14 17:24:345024947

    特斯拉 韦伯 高斯 希望你们出来解释一下