美国工程师正准备将世界上最强大磁铁的第一部分运往法国，在那里它将帮助为最先进的核聚变反应堆提供动力。

　　被称为中央螺线管的磁铁将构成世界上最大的聚变反应堆 ITER 的核心，在拉丁语中意为“道路”。这项国际实验涉及35个国家，旨在证明持续核聚变创造能源的可行性。在核聚变中，较小的原子融合形成较大的原子——一种释放大量能量的反应。

　　完全组装好后，中央螺线管高 59 英尺（18 米），宽 14 英尺（4.3 m），能够产生13 特斯拉的磁场——大约是地球磁场的280,000 倍——使得它的强度足以举起整艘重约 100,000 吨（90,700 公吨）的航空母舰。

　　“中央螺线管是有史以来最大、最强大的脉冲电磁铁。”制造磁铁的公司 General Atomics 的工程和项目主管约翰史密斯告诉 Live Science。

　　中央螺线管由六个单独的模块组成，这些模块将堆叠在 ITER 反应堆的中心。整个磁铁将与四层楼一样高，重达 1,000 吨（907 公吨）。

　　每个单独的模块本质上是含有钢夹套的约3.5英里（5.6千米）一个大的线圈铌——锡超导电缆。然后将模块在大型熔炉中热处理数周以进一步提高其导电性，然后将电缆绝缘并将线圈缠绕成最终形状。

　　根据法拉第感应定律，通过导线的电流会产生垂直于导线的磁场。当那根线绕成一个圆圈时，电流会产生一个圆形磁场，每个线圈都会放大磁场强度。因此，通过多次缠绕导线来创建螺线管。螺线管的最简单版本是经典的课堂实验，学生将电线缠绕在钉子上并将其连接到电池上。当电池打开时，线圈可以拾取回形针。

　　然而，中央螺线管的尺寸和超导性质意味着更多的电流可以通过它，使其产生比以往任何东西都强的磁场。

　　中央螺线管是 ITER 反应堆的“跳动心脏”，因为它可以让科学家控制通常不稳定的核聚变反应物。

　　ITER 旨在将少量汽化的氘和氚（这两种氢同位素或具有不同原子质量的相同元素的版本）释放到一个称为托卡马克的大型环形真空室中。托卡马克使这些同位素过热，剥离原子的电子并将气体转化为等离子体。这种超热等离子体将达到 2.7 亿华氏度（1.5 亿摄氏度），比太阳核心还要热 10 倍。在这个温度下，原子发生聚变，释放出大量能量，这些能量可用于通过加热水和产生蒸汽来转动涡轮机来发电。

　　早在 1950 年代，就已经在多个托卡马克反应堆内实现了核聚变，但一次只持续了几秒钟。为了使核聚变成为一种可行的发电选择，这种反应必须保持恒定速率，并且产生的能量少于产生的能量。

　　持续聚变的最大障碍之一是控制和操纵反应堆内灼热的等离子体。

　　这就是中央螺线管发挥作用的地方。史密斯说：“理论上，它产生的强大磁场会将等离子体固定在托卡马克内部并维持反应。”

　　第一个中央螺线管模块历时五年多建造，终于准备好运往法国的 ITER 基地。

　　史密斯说，工程师正在单独建造和运输每个模块，因为整个磁铁太大而无法安全运输。他补充说，这些模块也是单独构建的，以防万一需要更换。

　　模块的旅程将从公路开始。它将通过一台巨大的 24 轴拖拉机从通用原子公司的圣地亚哥基地搬到休斯顿的一个港口。从那里，巨型磁铁将在 7 月初运往法国马赛，并在 8 月下旬到达那里，然后再次通过公路运输到 ITER 设施。

　　剩余的五个模块和一个额外的备用模块在未来几年完成时将遵循相同的路线，史密斯说。

　　包括整个欧盟以及英国、瑞士、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国在内的 35 个参与国中的每一个都通过设计和生产超过 1百万个单独的反应堆组件。

　　据工程师称，中央螺线管是美国几项贡献中最大的一项，约占 ITER 总成本的 9％。史密斯说，General Atomics 正在开发额外的技术和组件以帮助进行等离子体处理，其他美国公司和大学正在提供冷却和排气系统、诊断、仪器和控制。

　　尽管 COVID-19大流行对此类大型项目产生了影响，但ITER 的建设仍有望在 2025 年完成，目前已完成约 75％。史密斯说，全尺寸聚变反应最早要到 2035 年才会发生。

　　为什么要做这个实验？

　　持续的核聚变可以为无限的可再生能源打开大门，这将减少因燃烧化石燃料而造成的碳排放，这些化石燃料会导致气候变化。

　　“聚变是大规模无碳能源生产的少数潜在选择之一。”史密斯说。“它提供了一种安全、清洁、永远在线的资源，不会产生排放物或长寿命的废物。”

　　为了阻止——甚至减缓——地球变暖，风能、太阳能、潮汐和其他可再生能源系统必须在 ITER 融合其第一个原子之前很久就大规模扩大规模。但由于其能量输出的可变性（例如，风力涡轮机仅在有风时工作），我们仍将不得不依靠化石燃料来确保电网提供可靠的电力供应。

　　因此，尽快实现持续核聚变并在世界范围内复制该技术至关重要。

　　“ITER 是朝着这个方向迈出的重要一步，它将展示通往聚变发电厂的物理和技术。”史密斯说。

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