在對(duì)可持續(xù)能源的不懈追求中，一種可能改變游戲規(guī)則的新材料應(yīng)運(yùn)而生：稀土鋇銅氧化物 (REBCO)?？茖W(xué)家正在利用這一超導(dǎo)奇跡，讓核聚變的夢(mèng)想更接近現(xiàn)實(shí)，有望實(shí)現(xiàn)近乎無(wú)限的零碳電力。

REBCO是什么

高溫超導(dǎo)體(HTS)家族的一員，與其他超導(dǎo)體相比，它以能夠承受強(qiáng)磁場(chǎng)和在相對(duì)較高的溫度下工作而聞名。這些材料由釔、鑭、釤、釹、釓或銪等稀土元素組成，這些元素以其獨(dú)特的磁性、發(fā)光和電化學(xué)特性而聞名。這種稀有材料通過(guò)復(fù)雜的工藝與鋇和銅結(jié)合，形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，支持高溫超導(dǎo)性和強(qiáng)磁場(chǎng)，并經(jīng)過(guò)加工制成可用于超導(dǎo)磁體等應(yīng)用的產(chǎn)品。

REBCO特別在哪里

如上所述，REBCO是一種在-200°C左右（液氮溫度）時(shí)變?yōu)槌瑢?dǎo)的HTS。與其他超導(dǎo)體相比，這一溫度明顯更高，因此更適合實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)冷卻到這些溫度時(shí)，REBCO 表現(xiàn)出接近零的電阻和獨(dú)特的磁性，這在磁約束聚變反應(yīng)堆和先進(jìn)粒子加速器等應(yīng)用中很有價(jià)值。

REBCO的主要用途

磁約束聚變反應(yīng)堆：REBCO超導(dǎo)體對(duì)于在ARC反應(yīng)堆等聚變反應(yīng)堆中產(chǎn)生等離子體約束所需的強(qiáng)磁場(chǎng)至關(guān)重要。

超導(dǎo)磁體：它們用于粒子加速器和MRI機(jī)器的超導(dǎo)磁體，這些地方高磁場(chǎng)至關(guān)重要。

電力傳輸：REBCO超導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)高效的電力傳輸，同時(shí)最大限度地減少能量損失，是現(xiàn)代電網(wǎng)的理想選擇。

磁懸浮列車(chē)：這些超導(dǎo)體用于磁懸浮列車(chē)，提供無(wú)摩擦、高效的運(yùn)輸。

高場(chǎng)磁體應(yīng)用：REBCO用于高場(chǎng)磁體應(yīng)用，包括需要強(qiáng)而穩(wěn)定的磁場(chǎng)的科學(xué)研究和工業(yè)過(guò)程。

終極綠色能源

核聚變是一種恒星過(guò)程，通常被譽(yù)為可持續(xù)能源的終極解決方案。到2040年，需要減少70%的化石燃料才能實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，而全球能源需求預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)20%，因此核聚變有可能利用氫等豐富的元素產(chǎn)生大量電力，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響最小。然而，在地球上復(fù)制核聚變的極端條件是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

托卡馬克能源公司作為高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者和先驅(qū)，正在使用高溫超導(dǎo)磁鐵進(jìn)行聚變，建造托卡馬克。

托卡馬克在20世紀(jì)60年代被認(rèn)為是一種可以通過(guò)使用磁場(chǎng)來(lái)限制和控制等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)聚變條件的裝置，隨后在20世紀(jì)80年代人們發(fā)現(xiàn)球形設(shè)計(jì)可以在效率、等離子體穩(wěn)定性和成本效益方面提供關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

磁場(chǎng)如何產(chǎn)生

最新托卡馬克設(shè)計(jì)中的強(qiáng)磁場(chǎng)是使用HTS磁體產(chǎn)生的，這種磁體比傳統(tǒng)超導(dǎo)體更能有效地產(chǎn)生磁場(chǎng)。將球形托卡馬克的效率與HTS磁體的增強(qiáng)磁約束相結(jié)合，為聚變能提供了一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。

此外，通過(guò)產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)，設(shè)備可以變得更緊湊，因此托卡馬克能源公司使用HTS帶制造聚變磁體線圈，這種帶具有非常薄的REBCO超導(dǎo)材料涂層。

REBCO的開(kāi)發(fā)及其在核聚變研究中的應(yīng)用代表著可持續(xù)能源的重大飛躍。如果成功，它將引領(lǐng)我們走向一個(gè)清潔、無(wú)限能源不再只是夢(mèng)想而是現(xiàn)實(shí)的未來(lái)。