超導電纜「毒蛇（VIPER）」（Podcast上線）

2021/04/09閱讀時間約 3 分鐘

2020/10/14 的Nature登出「室溫超導體」的報導，Tc 可以達到破紀錄287.7K（攝氏15度）！只是要應用可能難了一點，因為這要在 267 GPa的壓力（大氣壓力的258萬倍）下才會發生，所以要應用還很難。倒是在前一天（2020/10/13）MIT發了新聞稿，發表了新型的高溫超導纜線裝置，可以拿來建造核融合爐用來拘束高溫電漿的電磁鐵，這種纜線名稱很殺，叫做「毒蛇」（VIPER），名稱來自「Vacuum pressure impregnated, Insulated, Partially transposed, Extruded, and Roll-formed」（怎麼看都是好強引的縮寫啊…）。

左：VIPER的設計，深紅色部分是銅，螺旋纏繞在銅軸四條灰色方形線是高溫超導體，中央白色圓圈是注入液態氮的管路；右：VIPER的實體。（來源：Superconductor Science and Technology）

這種纜線使用「釔鋇銅氧高溫超導體」（朱經武院士與吳茂昆院士的貢獻），可以比傳統超導體纜線製成的超導磁鐵提供更高的磁場，超過 15 Tesla，也就是地球磁場的 30 萬倍左右。這有什麼好處呢？核融合爐的能量密度跟磁場的四次方成正比，也就是說，當磁場兩倍的時候，同樣功率的融合爐大小可以變成原來的 1/16，也就是說：

（可以裝在鋼彈上的）小型化的核融合爐要來啦！

講到小型核融合爐，當然就是鋼彈啦！（ⓒ富野由悠季／SUNRISE）

這麼讚的東西，為什麼以前不拿出來用呢？超強磁場給他催下去啊，趕快做鋼彈啦，還等什麼？！原因是這樣的：

核融合爐需要強磁場來拘束高溫電漿
這麼強的磁場要用電線繞成的電磁鐵，需要很大的電流
用傳統導體大電流、高電壓會有很強的電流熱效應，一下子就把電磁鐵燒掉了
改用超導體，在超導態下沒有電阻，不會發熱，讚！「傳統超導體」是金屬或是合金材料，可以用來繞電磁鐵給核融合爐用，例如ITER使用的就是「鈮鈦合金」的超導磁鐵。
可是磁場要是太大，超導態會被破壞，這時候電阻回來，電流熱效應回來，電磁鐵就被燒掉了，所以即使使用超導磁鐵，也會有可支撐磁場的上限，稱為「臨界磁場」，ITER所用的磁鐵，可以支撐11.8 Tesla的磁場。
高溫超導體除了超導轉變溫度較高以外，臨界磁場也比較高，可以製造更大的磁場來拘束電漿，可是！高溫超導體是又硬又脆的陶瓷材料，不像傳統超導體是金屬可以拉線繞成線圈。

上述第 6 點大大限制了高溫超導體的應用。這次MIT的VIPER，採用了相當精巧的設計，把高溫超導體包覆在銅纜線裡面，正中央再開一個洞灌冷卻用的液態氮進去，就成為一條超導纜線了，纜線的力學性質也克服了陶瓷難以應用的缺點，可以彎曲纏繞，而且同時保有超導的電磁性質，未來可望應用在核融合技術中，讓核融合爐變得更小，而且更便宜：傳統超導體得用液態氦冷卻，高溫超導用的是液態氮，兩者的價格大概是「XO白蘭地」與「礦泉水」的差別。

這個研究發表於 10 月 7 日的「Superconductor Science and Technology」期刊。

準備好迎接宇宙世紀吧！