核聚变，这一为太阳提供能量的过程，被视为实现几乎无限量清洁能源的诱人途径。在太阳核心中，物质密度远超铅的10倍，温度高达1500万开尔文，使得氢的电离同位素(氘和氚)得以克服静电排斥，聚变成氦核并释放出高能中子。然而，在地球上模拟这一过程面临着巨大的工程和材料挑战。
为了实现核聚变，科学家们采用了不同的策略，其中最常见的是使用在超低温下运行的强超导磁体来限制极热的氢等离子体。这种方法虽然前景广阔，但面临着一个关键问题：聚变反应产生的高能中子会损坏周围的材料，尤其是超导体，这极大地限制了反应堆的使用寿命。
传统的核聚变发电路线图由大型国际项目牵头，目标是通过建造越来越大的反应堆来实现发电。然而，这些项目进展缓慢，预计最早要到2060年代才能向电网供电，这引发了“核聚变发电还需30年，而且永远都是这样”的普遍看法。
为了加快核聚变的时间表，小型、更简单的反应堆替代概念应运而生。这些新型反应堆将需要不同的超导体工具包，其中最有前途的材料之一是REBCO(稀土钡铜氧化物)高温超导体。REBCO具有极高的超导性能，能够在比传统超导体更高的磁场下保持超导状态，这对于紧凑型托卡马克装置至关重要。
尽管REBCO材料具有优异的超导性能，但将其制成可用于电磁铁的柔性导线却是一项艰巨的任务。REBCO是一种脆性陶瓷，无法像传统金属那样拉伸成导线。因此，科学家们通过在金属带上涂覆一系列非常薄的陶瓷层来制造REBCO带，其中一层是超导REBCO化合物。然而，这种方法制得的REBCO带仍然面临着化学敏感性和机械稳定性方面的挑战。
更为关键的是，REBCO材料一旦受到中子照射，其超导温度会急剧下降。尽管小型核聚变机的设计人员正在通过实验来评估所需的屏蔽量，但由于目前托卡马克装置的最大运行时间仅以分钟为单位，因此无法充分测试REBCO材料在真实聚变环境中的性能。为了解决这个问题，科学家们正在探索使用离子辐照作为中子辐照的替代方案，以更快、更容易地评估REBCO材料的损伤情况。
研究表明，离子辐照能够在一定程度上模拟中子对REBCO材料的损伤效应。通过透射电子显微镜和X射线吸收光谱等技术，科学家们已经开始识别辐照样品中可能存在的缺陷，并发现光谱变化与氧原子进入未占据位置相一致。这些研究增强了科学家们的信心，即轻离子可以作为REBCO超导体中中子损伤的良好替代物进行研究。
尽管面临着诸多挑战，但REBCO高温超导体的卓越性能仍然为设计更小、更便宜的聚变反应堆提供了新的机会。私营公司如英国托卡马克能源公司和美国Commonwealth Fusion Systems等正在积极开发紧凑型托卡马克装置，并承诺在2030年代将聚变电力引入电网。这些公司希望通过增加磁场强度而不是增加反应堆尺寸来实现聚变反应，从而降低成本并提高效率。
随着REBCO胶带生产的规模化推进，预计制造成本将逐渐降低，这将为聚变领域以及其他电力应用领域如无损传输电缆、风力涡轮发电机和基于磁铁的储能设备等带来广泛的新应用。聚变和超导研究之间的这种共生关系不仅有助于实现清洁聚变能源，还将推动许多其他有助于实现净零排放的超导技术的发展。
总之，尽管核聚变和REBCO超导材料的研究面临着诸多挑战和未知因素，但科学家们正在通过不断努力和探索来克服这些障碍。随着技术的不断进步和成本的降低，核聚变有望成为未来清洁能源领域的重要支柱之一。
