在行业研究人员的帮助下，麻省理工学院(MIT)的一次课堂练习提出了一种创新的解决方案，解决了实际核聚变发电厂发展所面临的长期挑战之一:如何消除会对工厂造成结构损坏的过剩热量。
这个新解决方案是由一个创新的方法用高温超导磁体来压缩聚变反应堆。这种方法形成了一个大规模的基础新的研究计划并创建了一个独立的创业公司来发展这个概念。与典型的核聚变工厂不同，新的设计将使打开设备的内部室并更换关键部件成为可能;这种能力对于新提出的热排放机制至关重要。
该杂志的一篇论文详细介绍了这种新方法融合工程与设计，作者是该班的研究生Adam Kuang，其他14名麻省理工学院的学生、三菱电机研究实验室和英联邦聚变系统的工程师，以及麻省理工学院等离子体科学与聚变中心主任Dennis Whyte教授，他教授了这门课。
怀特解释说，从本质上讲，核聚变工厂内部散发的热量可以与汽车的排气系统相比。在新的设计中，“排气管”比目前任何一种核聚变设计都要长得多，宽得多，从而更有效地释放不必要的热量。但要实现这一目标，需要进行大量复杂的分析，并对数十种可能的设计方案进行评估。
驯服聚变等离子体
核聚变利用的是为太阳本身提供动力的反应，最终有望通过从海水中提取的燃料——氘(氢的一种重形式)和锂——产生清洁、充足的电力，因此燃料供应基本上是无限的。但是，几十年来对这种发电厂的研究仍然没有导致一种产生与消耗相同的能量的设备，更不用说真正产生净能量输出的设备了。
然而，今年早些时候，麻省理工学院提出了一种新型的融合的植物——再加上其他人正在探索的其他几项创新设计，最终使实际核聚变发电的目标似乎触手可及。但仍有几个设计难题有待解决，包括如何有效地释放被限制在设备内部的超热带电材料等离子体的内部热量。
核聚变反应堆内产生的大部分能量是以中子的形式释放出来的，中子会加热聚变等离子体周围的一种物质，这种物质被称为包层。在发电厂中，加热的毯子将反过来用于驱动发电涡轮机。但是大约20%的能量是以等离子体本身的热量的形式产生的，必须以某种方式将其消散，以防止它熔化形成腔室的材料。
核聚变装置内的等离子体温度高达数百万度，没有任何材料的强度足以承受这种高温，因此等离子体被强大的磁铁固定在适当的位置，防止它与甜甜圈状聚变室的内壁直接接触。在典型的核聚变设计中，一组单独的磁铁被用来创造一个侧室，以排出多余的热量，但这些所谓的分流器不足以满足新的紧凑核电站中的高热量。
ARC设计的一个令人满意的特点是，它可以在一个比相同输出功率的传统反应堆所需的小得多的设备中产生电力。但这意味着更大的能量被限制在更小的空间里，也就有更多的热量需要排出。
“如果我们对热排气不采取任何措施，这种机制就会自行解体，”Kuang说，他是该论文的主要作者，描述了该团队解决并最终解决的挑战。
内部工作
在传统的核聚变反应堆设计中，产生转向器的次级磁圈位于主磁圈之外，因为根本没有办法将这些磁圈放入固态主磁圈内。这意味着次级线圈需要很大很强大，才能使它们的磁场穿透腔室，因此它们在如何控制等离子体形状方面不是很精确。
但这种源自麻省理工学院的新设计，被称为ARC(先进、坚固、紧凑)，其特点是将磁铁分段建造，以便它们可以拆卸下来进行维修。这使得它可以访问整个内部，并将二次磁铁放在主线圈内，而不是外面。有了这种新的安排，“只要把它们移得更靠近等离子体，它们的尺寸就能显著减小，”Kuang说。
在一学期的研究生课程22.63(聚变工程原理)中，学生们被分成小组来解决热排斥挑战的不同方面。每个团队首先进行彻底的文献搜索，看看哪些概念已经被尝试过，然后他们进行头脑风暴，提出多个概念，并逐渐淘汰那些没有成功的概念。研究人员对那些有希望的人进行了详细的计算和模拟，部分基于几十年来对研究聚变设备的研究数据，比如麻省理工学院的Alcator C-Mod，该设备已于两年前退役。C-Mod科学家Brian LaBombard也分享了对新型转向器的见解，来自三菱的两名工程师也与该团队合作。几名学生在课程结束后继续研究这个项目，最终形成了这篇新论文中描述的解决方案。仿真结果证明了他们选定的新设计的有效性。
怀特说:“我们的发现真的很令人兴奋。其结果是转向器更长、更大，并能更精确地控制等离子体。因此，它们可以处理预期的强烈热负荷。
怀特说:“你想把‘排气管’做得尽可能大。”他解释说，把次级磁铁放置在初级磁铁内部可以做到这一点。他说:“这确实是发电厂设计的一场革命。”他说，ARC设计磁铁中使用的高温超导体不仅可以实现紧凑、大功率的发电厂，“而且它们还提供了很多选择”，以不同的方式优化设计——包括这种新的分流器设计。
该团队表示，展望未来，既然基本概念已经开发出来，那么还有很大的空间进行进一步的开发和优化，包括这些二次磁铁的确切形状和位置。研究人员正在进一步完善设计细节。
怀特说:“这为思考核聚变装置中的分流器和热管理开辟了新的途径。”
英国约克大学物理学教授布鲁斯·利普舒尔茨(Bruce Lipschultz)没有参与这项工作，他说:“ARC的所有工作都让人大开眼界，并激发了研究托卡马克聚变反应堆的新方法。”他说，这篇最新的论文“结合了该领域的新想法和托卡马克概念的许多其他重大改进。ARC对加长腿转向器概念的研究表明，正如其他人所主张的那样，应用于反应堆并非不可能。”
利普舒尔茨补充说，这是“非常高质量的研究，为托卡马克反应堆指明了前进的道路，并刺激了其他地方的新研究。”
了下:快速原型
