人类对受控热核聚变反应茅予很大的希望，因为它能给世界带来既干净又丰富的能源。在当今，有可能最先实现受控热核聚变反应的装置，是磁约束托卡马克系统，而超导进入这一系统，将挽回磁约束线圈上的巨大能耗。
1. 受控热核聚变反应开发的概况
受控热核聚变反应，就是把作为燃料的重氢（氘）加热到高温而使之处于电离气体状态，或者换句话说，也就是使一定温度、密度的等离子体始终处于持续燃烧的状态，这种状态，一般又称之为临界等离子体条件。为了这一条件的实现，科学家们利用托卡马克装置已经奋斗二十多个春秋。近年来，欧洲原子能联营、美国、日本分别在三个大型托卡马克装置JET、TFTR、JT-60上进行了大量的实验。这三个装置用的磁约束线圈，是常规的导电线圈，其运行时间最长不过10秒钟。
等离子体只有在达到临界条件后，继而持续燃烧亦即进入“点火”条件才会有可能，实际上，能使等离子体“点火”自持的装置也就是受控热核聚变反应实验堆，这种反应堆的重量约为2万吨，其中约束等离子体的环形线圈和加热等离子体的孔状线圈的重量就占去一半。
2. 超导线圈开发的必要性
受控热核聚变反应实验堆的线圈，通常是用铜材制作，当反应堆运转时，线圈的耗电很大。若将线圈的材料改为液氦中出现零电阻的超导材料，那么线圈在反应堆运转时的焦耳热损失近乎为零，即便是有电耗，也仅是维持超导线圈低温所消耗的一点电力。由此看来，在热核聚变反应实验堆中，采用常规的导电线圈远不如采用超导线圈理想。
再说，常规的铜材线圈是不能长时间通电运行的，而超导线圈的运行则不受时间的限制。这说明等离子体要长时间地持续燃烧，在热核聚变反应实验堆中就得采用超导线圈。
热核聚变反应堆的热功率计算值约为400兆瓦左右，如果在采用耗电巨大的常规导电线圈的情况下要想输出这些能量显然是不可能的，而若采用超导线圈，则可无电能损耗地输出全部能量。
姑且看一下常规线圈所需的电力，其值将近2000兆瓦，相当于两座较大型核电站的供电，这在实际上很难办到。
总之，在当今要建造热核聚变反应堆，没有超导线圈是不行的，下表列出了托卡马克系统实验堆超导线圈的基本参数。
以上数据表明，在热核聚变反应堆的开发中，对大电流、强磁场技术的研究是必不可少的。
3. 超导线圈开发的技术课题
在超导技术的发展史上，尤以超导材料的研制最为艰难、曲折。对于这一点，人们在10年前就已经有所体会。而现在，在大型超导线圈的开发中，超导材料的研制仍然是所有开发项目中最为不轻松的技术开发课题。
当然，时至今日，毕竟还是有一些超导材料如NbTi、Nb3Sn等在核聚变超导线圈中取得了一席之地。
超导线圈应用于热核反应，要对一系列的技术课题进行开发，这些课题均属高技术而且彼此关联，相互渗透。比如拿超导线圈上的计量测试线来说，就是一个显而易见的例子。
这种计量测试线处于极低温度的环境中时，其机械性质会变差，故必须在外面包一层热绝缘很好的材料，同时能经受中子线的照射。另一方面，这种线由于需要和液氦中产生强磁场的超导线圈相联但又容易脱开，因此必须先加焊一段绝缘可靠的馈线（周围用陶瓷材料绝缘的通电导线），随后再在馈线的另一端焊接引线。然而一般的引线在通过高度真空的容器时会脱掉，所以还得在真空段上加一截馈线，这样再和计算机系统相联就不成问题了。
在此尽管只涉及一例，但是核聚变超导线圈开发系统中的其他课题—样需要满足耐高度真空、耐应力作用、耐射线照射和耐极低温度这样四个技术条件。
4. 超导线圈开发的现状
像以上所说的核聚变超导线圈的系列技术课题，最好作为一项合作研究计划进行开发，其实早在10年前，这样的研究计划就已应运而生，并且开始了具体实施。如几个国家共同合作的LCT（Large Coil Task）就是众所周知的一项大型超导线圈的开发计划。承担此项计划的3家有美国、欧拥原子能联营、瑞士、日本。在这里面，日本负责超导环形线圈的制造，尔后又将在美国橡树岭研究所与美方一道对线圈进行实验。日本制造的线圈高约宽为3.5 m，每一饼线圈的重量是40吨。该线圈的尺寸只相当于热核聚变反应实验堆环形线圈一半的大小。
现在，日本制造的超导线圈已在美国橡树岭研究所安装完毕，从去年以来的实验情况看，线圈运行指标均成功地达到了额定值，所贮存的电磁能为1 GJ。
以上成果的取得，说明超导线圈的尺寸协调技术已基本确定，但这并不等于说实验堆规模的超导线圈就能马上开始制造。在此之前，还需经历一个阶段的技术开发过程才谈得上下一步的开发计划。
另外再如其他方式的受控热核聚变反应的超导应用，目前还有贮存能量为3 GJ的超导线圈已在美国的米勒装置上运行成功。
去年发现的氧化物系高温超导材料，是当前超导领域内最热门的话题之一。如今通过超导材料的发展历史来展望材料科学的未来，可以断定，核聚变超导线圈在真正投入应用之前，其开发过程是不会一帆风顺的。眼下在超导线圈的制造技术上，就应当努力突破超导材料液氦低温向高温的转化。因此，超导线圈研究计划的实施，对促进材料的继续开发也有着十分重要的意义。
[《工业材料》（日）1987年8月第35卷第12期]