在圣地亚哥原子制造工厂展出的第一个中央螺线管模块 它将产生一个比地球强28万倍的磁场。美国的工程师们正准备将世界上最强大磁铁的第一部分运往法国，这将有助于为最先进的核聚变反应堆提供动力。 这个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的心脏，ITER在拉丁语中的意思是“The way”。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，较小的原子被聚变产生较大的原子，这种反应会释放出巨大的能量。 当完全组装好后，中央螺线管将有59英尺（18米）高，14英尺（4.3米）宽，并能产生一个13特斯拉的磁场，它大约是地球磁场的28万倍，它的磁力足够强大，足以吸起一艘重约10万吨（90米）的整艘航空母舰。 “中央螺线管是有史以来建造的最大、最强大的脉冲电磁铁，”制造这种磁铁的公司General Atomics的工程和项目总监约翰·史密斯John Smith说。 中央螺线管 中央螺线管由六个单独的模块组成，这些模块将堆放在ITER反应堆的中心。整个磁铁将有四层楼高，重1000吨。 每个单独的模块基本上是一个大线圈包含约3.5英里（5.6公里）的钢套铌锡超导电缆。然后在一个大熔炉中对模块进行数周的热处理，以进一步提高其导电性，然后对电缆进行绝缘，并将线圈包裹成最终形状。 根据法拉第感应定律，通过导线的电流产生垂直于导线的磁场。当这根电线盘绕成一个圆形时，电流产生一个圆形磁场，每个线圈都会放大磁场强度。因此，通过多次卷绕一根导线就形成了一个螺线管。最简单的螺线管是经典的课堂实验，学生们将电线缠绕在钉子上，然后将其连接到电池上。当电池打开时，线圈可以拿起回形针。中央螺线管的尺寸和超导性质意味着可以有更多的电流通过它，从而使它产生比以往任何时候都强的磁场。 ITER的心脏 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的设计目的是将少量蒸发的氘和氚（两者都是氢同位素）或具有不同原子质量的同一元素的不同版本）释放到一个大的、环形的真空室（称为托卡马克）中。托卡马克使这些同位素过热，剥离原子的电子，将气体转化为等离子体。这种超高温等离子体将达到2.7亿华氏度（1.5亿摄氏度），或比太阳核心温度高10倍。在这个温度下，原子发生聚变，释放出大量的能量，这些能量可以通过加热水和产生蒸汽来发电，从而转动涡轮机。 上图为ITER托卡马克反应堆的示意图，中心螺线管在中心，等离子体在室内。 核聚变早在20世纪50年代就已经在几个托卡马克反应堆内实现，但每次只持续几秒钟。为了使核聚变成为一种可行的发电选择，这种反应必须保持在一个恒定的速率，并且产生的能量要比它产生的能量少。 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，从理论上讲，它产生的强大磁场将把等离子体固定在托卡马克内的适当位置，并维持反应。 运送过程中 用了5年多时间建造的第一个中央螺线管模块终于准备好运到法国的ITER现场。 史密斯说，工程师们正在分别建造和运输每个模块，因为整个磁铁太大，无法安全运输。他补充说，这些模块还分别构建，以防其中一个需要更换。 模块的旅程将从陆运开始。它将从通用原子公司的圣地亚哥基地通过一个巨大的24轴拖拉机转移到休斯顿的一个港口。从那里，怪物磁铁将于7月初运往法国马赛，并于8月下旬抵达那里，然后再由公路运送到ITER设施。史密斯说，剩下的五个模块和另外一个备用模块在未来几年内完成后，将遵循同样的路线。 国际合作 参与的35个国家中的每一个（包括整个欧洲联盟，以及英国、瑞士、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国）都通过设计和生产超过100万个单独的反应器部件来为该项目做出贡献。 史密斯说，通用原子公司（General Atomics）正在开发额外的技术和组件，以帮助处理等离子体，其他美国公司和大学也在提供冷却和排气系统、诊断、仪器和控制。 尽管COVID-19大流行对这些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75%左右。史密斯说，全规模的核聚变反应最早要到2035年才会发生。 为什么核聚变如此重要？ 持续的核聚变可以为无限的可再生能源打开大门，这将大大减少燃烧化石燃料造成的碳排放，而化石燃料会导致气候变化。 史密斯说：“聚变是为数不多的大规模无碳能源生产的潜在选择之一。它提供了一种安全、清洁、持续使用的资源，不会产生任何排放物或长寿命的废品。” 为了减缓地球的变暖，风、太阳能、潮汐和其他可再生能源系统必须在ITER融合第一批原子之前进行大规模应用。史密斯说，但由于其能源输出的可变性（例如，风力涡轮机只有在刮风时才能工作），我们仍将不得不依赖化石燃料来确保电网提供可靠的电力供应。因此，尽快实现持续的核聚变并在全世界推广这项技术至关重要。 史密斯说：“ITER是朝着这个方向迈出的重要一步，它将展示核聚变电站的应用技术。”。
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