Fusion Energy解决方案可能来自冰箱门上的永磁体，但强度更高

带有黄色等离子体的永磁恒星的示意图。红色和蓝色表示永磁体，带有围绕容器的简化线圈。

类似于冰箱上使用的永磁体可以加速聚变能的发展，聚变能与太阳和恒星产生的能量相同。

根据美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）和德国格赖夫斯瓦尔德的马克斯·普朗克等离子体物理研究所的科学家们的说法，从原则上讲，这种磁体可以大大简化扭曲变形设备的设计和生产。 。PPPL创始人小莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer Jr.）于1950年代初发明了这种恒星器。

大多数恒星器使用一组复杂的扭曲线圈，它们像甘蔗上的条纹一样盘旋成螺旋状，以产生磁场，从而塑造并控制促进聚变反应的等离子体。研究人员说，像冰箱一样的永磁体可能产生这些必不可少的部分的硬部分，从而允许简单的非扭曲线圈产生其余部分来代替复杂的线圈。

扭曲线圈最昂贵

马克斯·普朗克恒星器理论部负责人，论文的主要作者，物理学家珀·海兰德说：“扭绞线圈是恒星器中最昂贵，最复杂的部分，必须以非常复杂的形式进行非常高精度的制造。”描述《物理评论快报》（PRL）中的研究。“我们正在尝试通过使用永磁体来减轻对线圈的要求。”

简化的恒星运行不具有破坏性的风险，而这种破坏性破坏已被更广泛使用的托卡马克融合设备所面对，具有巨大的吸引力。PPPL负责人，该论文的合著者史蒂夫·考利说：“我对使用永磁体使恒星形成等离子体非常兴奋。”“这导致了更简单的工程设计。”

永磁恒星恒星的示意图，等离子体为黄色，磁性表面为蓝色。

聚变是驱动太阳和恒星的力量，它以等离子体的形式结合光元素-等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电状态，会产生大量的能量。世界各地的科学家正在使用托卡马克，恒星形成器和其他设施，以在地球上创造和控制核聚变，以提供几乎无穷无尽的安全，清洁的电力供应。

PPPL首席科学家Michael Zarnstorff的儿子Jonathan Zarnstorff是该论文的合著者，他在初中时提出了一个科学竞赛项目的一个分支。乔纳森（Jonathan）想制造一种轨道炮，这是一种通常使用高压电流产生可发射弹丸的磁场的装置。但是高压电流在教室中使用会很危险。

父子解决方案

父子俩达成的解决方案是使用钕或稀土永磁体安全地产生磁场。稀土磁体具有令人惊讶和有用的性能。它们为磁铁的小尺寸产生了非常强大的磁场，而这些是“硬”磁场，几乎不受附近其他磁场的影响。因此，这些磁体可以提供物理学家所说的螺旋形恒星场的“极点”部分，而简单的圆形线圈可以提供组成该场其余部分的“极点”部分。扎恩斯托夫说：“多年来，我一直在考虑这一点，但没有时间提出这个想法。”在与Cowley和威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家Cary Forest的讨论中，这个想法最终得以实现。

与恒星和托卡马克所使用的标准电磁线圈形成鲜明对比的是，永磁体始终处于“开启”状态。当电流流过此类线圈时，它们会产生磁场，这种电流需要永久磁铁不需要的电源。使用永磁体简化恒星线圈的其他优点包括：

与手工制作的电磁铁相比，成本更低；在简化的线圈之间留出足够的空间以方便维护；能够重新放置磁铁以产生各种形状的磁场；降低了工程和制造风险。

永磁体也有缺点。希兰德说：“你不能将它们关闭。”这意味着它们可以吸收范围内可以吸引的任何东西。他说，它们也产生有限的最大场强。他补充说，尽管如此，这种磁体“对于在反应堆中进行实验非常有用，而且可能会提供更坚固的永磁体。”

新套工具

对于Zarnstorff来说，永磁体是“一项战略和一套新工具，我们必须指出如何使用它们。”他现在计划了几种用途。首先将建造一个安装了永磁体的台式恒星器。展望未来，他希望PPPL能够生产出世界上第一台简单的优化型恒星机，旨在满足特定的性能目标。该设备可以升级以增强其场强，为简化机器的持续开发做准备。最终，包括永磁体的恒星器可能会产生能量为全人类发电。

参考：P.希兰德，M。Drevlak，M。Zarnstorff和S.C. Cowley撰写的“具有永磁体的恒星”，2020年3月5日，《物理评论快报》（PRL）。DOI：
10.1103 / PhysRevLett.124.095001PDF

PRL论文的合著者包括Max Planck恒星理论部门的物理学家Michael Drevlak，他进行了数值优化。这项工作的支持来自美国能源部科学办公室（FES），西蒙斯基金会和马克斯·普朗克学会。

位于新泽西州普林斯伯勒市普林斯顿大学福雷斯特校区的PPPL致力于创造有关等离子体物理学的新知识-超热，带电气体-并开发用于产生聚变能的实用解决方案。该实验室由美国能源部大学科学办公室管理，该实验室是美国物理科学基础研究的最大支持者，致力于解决当今时代最紧迫的挑战。