只有当聚变反应产生的能量持续地、稳定地大于输入能量时,聚变才有实用价值,而要实现持续的商业发电,更是需要Q值远大于1。
在「磁约束」装置,如托卡马克中,产生强大磁场的核心部件是超导磁体。
要产生足够约束等离子体的磁场,需要在线圈中通入巨大的电流。
如果使用普通铜线圈,电阻会产生巨大的热量,消耗的电力将是天文数字,比聚变产出的能量还多,导致系统永远无法实现能量净增益。
目前所有大型的、旨在实现能量增益的托卡马克都采用低温超导技术。
这些材料需要在液氦提供的极低温度下才能工作。
如果有了「室温超导」材料,情况就完全不同了。
假设当代已经拥有了一种真正实用化的、可以大规模工程应用的材料,它能在室温或远高于液氮温度,如0°C以上实现超导,那幺它将从以下几个根本性方面解决核聚变的瓶颈。
一是极大降低建设和运行成本,提升经济可行性省去复杂的制冷系统,目前的低温超导需要庞大、精密且极其昂贵的液氦制冷系统和多层绝热结构。
室温超导将完全省去这套系统,大幅降低聚变装置的材料、建造和安装成本。
制冷系统本身就是一个吞电巨兽,如果能够去掉它,聚变电站的「厂用电」将大大减少,使得净输出功率更高,更容易实现经济盈利。
二是充许建造更强、更紧凑的磁场磁场强度是关键,磁场的约束能力与其强度密切相关。
而磁场越强,就能将等离子体约束得越好、越稳定,同时也可以让聚变装置做得更小、更紧凑。
工程限制也得以突破,低温超导材料有其临界磁场上限,超过这个上限就会失去超导性。
一些有潜力的高温超导材料虽然也需要冷却,但临界磁场更高。
而理想的室温超导材料同时具备高临界温度、高临界磁场和高临界电流。
这将充许设计出磁场强度远超现在的磁体,丛而建造出更小、更便宜、性能更高的聚变堆。
三是提高装置的可靠性和可维护性。
极低温系统是托卡马克中复杂且脆弱的环节,移除它,整个系统的机械设计和运行都会变得更简单、更稳定,维护间隔更长,停机时间更短。
对于需要连续运行数年的商业电站而言,这一点是至关重要的。
最后是能够解锁更优的设计方案。
强大的室温超导磁体可以使一些更具潜力的约束方案,如仿星器、紧凑型球环等,变得更容易实现,这些方案可能比传统的托卡马克更稳定、更适于连续运行。
当前使用低温超导的核聚变,就像一部性能强大的手机,但必须一直连接着一个沉重、昂贵、耗电的外置冰箱才能工作。
它能用,但几乎无法普及。
而拥有室温超导的核聚变就像一部同样强大,但不再发热、续航持久的手机O
它从一部「原型机」变成可以大规模生产和使用的「商品」了。