類似於冰箱上使用的永久磁鐵，可以加速聚變能量的發展，聚變能量與太陽等恆星產生的能量相同。據美國能源部（DOE）普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）和德國格雷夫斯瓦爾德的馬克斯·普朗克等離子體物理研究所的科學家表示：理論上，這種磁體可以極大地簡化“仿星器”扭曲聚變設施的設計和生產。PPPL創始人小萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer Jr.)在20世紀50年代初發明了仿星器。

大多數仿星器使用一組複雜的扭曲線圈，這些線圈像糖果棒上的條紋一樣螺旋狀，產生磁場，塑造和控制推動聚變反應的等離子體。像冰箱一樣的永久磁鐵，可以產生這些基本磁場的堅硬部分，能讓簡單非扭曲的線圈產生剩餘的部分，而不是複雜的線圈。馬克斯·普朗克仿星器理論部門負責人、研究的主要作者物理學家佩爾·海蘭德說：扭曲線圈是仿星器最昂貴和最複雜的部分，必須以非常複雜的形式製造出非常高的精度。

最貴的纏繞線圈

研究正試圖通過使用永久磁鐵來降低對線圈的要求，簡化仿星器，執行起來沒有更廣泛使用的託卡馬克聚變裝置所面臨的破壞性中斷風險，可以擁有巨大的吸引力。PPPL主任、該論文的合著者史蒂夫·考利說：我對使用永久磁鐵來塑造仿星器中的等離子體感到非常興奮，它使工程設計變得簡單得多，其研究發表在《物理評論快報》期刊上。聚變是驅動太陽和恆星的動力，它將輕元素以等離子體的形式結合在一起。

（上圖所示）永久磁體星體示意圖，等離子體為黃色，紅色和藍色表示容器周圍有簡化線圈的永久磁鐵。圖片：Michael Drevlak

等離子體是由自由電子和原子核組成物質的熱、帶電狀態，可以產生大量的能量。世界各地的科學家正在使用託卡馬克、仿星器和其他設施，努力在地球上創造和控制聚變，以提供幾乎取之不盡的能量來發電。永磁體的新想法是喬納森·扎恩斯托夫在初中時提出的一個科學博覽會專案分支，喬納森·扎恩斯托夫是PPPL首席科學家邁克爾·扎恩斯托夫的兒子，也是研究的合著者。

父子方案

當時喬納森想製造一種軌道炮，這是一種通常使用高壓電流產生磁場的裝置，可以發射炮彈，但是在教室裡使用高壓電流會很危險。父子倆得出的解決方案是使用釹或稀土永磁體來安全地產生磁場，稀土磁鐵具有令人驚訝和有用的特性。由於磁鐵的小尺寸，它們會產生相當強大的磁場，而這些“硬”磁場幾乎不受附近其他磁場的影響。因此，這些磁鐵可以提供物理學家所說螺旋狀星體磁場的“極向”部分，而簡單的圓形線圈可以提供構成磁場其餘部分的“環形”部分。

多年來一直在考慮這一點，但沒有時間來發展這個想法，在與考利和威斯康星大學麥迪遜分校物理學家卡里·福雷斯特的討論中，這個想法最終實現了。永久磁鐵總是處於“開啟”狀態，這與仿星器和託卡馬克使用的標準電磁線圈形成鮮明對比。這樣的線圈在電流流過時會產生磁場，電流需要永磁體不需要的電源，使用永磁體簡化仿星器線圈的其他優點包括：

1）成本低於手工製作的電磁鐵

2）在簡化線圈之間建立充足的空間，以便於維護

3）能夠重新定位磁鐵以建立各種形狀的磁場

4）降低工程和製造風險

永久磁鐵也有缺點，不能把它們關掉，這意味著它們可以吸引射程內的任何東西，產生的最大場強也有限。儘管如此，這樣的磁鐵“可以很好地在通往反應堆的道路上創造實驗，而且可能會有更強大的永久磁鐵出現。永久磁鐵是一種策略和一套新的工具，必須弄清楚如何使用它們。該設施可以升級，以增加其現場力量，為繼續開發簡化的機器做準備。最終，包括永久磁鐵在內的仿星器可能會產生能量為全人類發電。

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.095001