在IEEE Xplore杂志3月刊上的六篇科学论文系列中，麻省理工学院（MIT）的科学家们讨论了基于高温超导的新型电磁铁的开发和运行。这一发展被称为过去30年来在创造商业上可行的聚变反应堆领域的最大突破。

图片来源： 麻省理工学院

2021 年 9 月 5 日，在麻省理工学院 （PSFC） 等离子体科学与聚变中心的实验室进行了高温超导电磁体大型原型的首次测试。该产品重约9吨，产生了20特斯拉力的电磁场。电磁铁的设计是使用新原理从头开始创建的，并且进行了广泛的测试，以确认计算，模型和想法本身的正确性，这在当时是极具创新性的。

在此之前，现有技术和电磁铁已经可以产生足够强度的磁场，将等离子体加热到1亿°C，与工艺室壁隔离。然而，这种系统的效率远未达到盈利能力的要求。麻省理工学院的科学家和他们在英联邦聚变系统公司的同事已经能够制造出更小、制造和维护成本更低的电磁铁，并声称是节能的。

“在一夜之间，它实际上将一瓦聚变反应堆的成本提高了近40倍，”实验参与者后来声称。“核聚变现在有机会，”科学家们说。“实验性聚变设备使用最广泛的设计有机会变得具有成本效益，因为你在这个领域已经有了飞跃。正是这种能够显著减小物体的尺寸和成本的能力，才使聚变成为可能。

电磁铁新设计成功的秘诀之一是剔除了线圈绕组中电线的绝缘。很难相信，但科学家们在绕组中使用了裸线，而不必担心击穿和短路。超导性的影响在绕组中创造了这样的条件，以至于匝之间的短路可以忽略不计。实验证实了选择的正确性。电磁铁线圈保持可靠，尺寸、成本和反应堆的整体尺寸都变得更小。

选择高温超导体REBCO作为绕组，这是一种稀土钡铜氧化物，可以在20K的温度下实现超导效果，比传统超导性高16K，尽管冷却深度的差异看似很小，但这是一个游戏规则的改变者。一个电磁铁占用了 300 公里的 REBCO 频段。试想一下，通过消除这种电线的绝缘层，可以节省多少线圈的空间。顺便说一句，麻省理工学院没有说出这种电线的供应商，所以它很可能是中国制造商上海超导体，例如。

后来，在临界条件下对磁体进行测试时，检查了其行为的理论模型，直至部分破坏（绕组熔化）。这对于改进用于未来聚变反应堆的电磁铁的设计和性能非常重要。在获得电磁铁设计及其工作原理的专利后，今天发表的有关开发的文章成为可能。这项研究使人造太阳可以在地球上被照亮的那一刻更近了，电网中的能量将变得无限且几乎是干净的。