Массачусетский технологический институт раскрыл детали проекта, который обеспечит прогресс в области термоядерной энергетики. Исследователи разработали сверхпроводящий магнит, который будет возможно применять в технологиях получения безуглеродной энергии.
Магнит разрабатывали три года. 5 сентября исследователям удалось получить напряженность поля на уровне 20 тесла. Это самое мощное магнитное поле, которое когда-либо создавалось на Земле.
По словам руководителей проекта в Массачусетском технологическом институте и стартапе Commonwealth Fusion Systems (CFS), эта успешная демонстрация помогает разрешить неопределенность в стремлении построить первую в мире термоядерную электростанцию.
«Термоядерный синтез во многих смыслах является наиболее чистым источником энергии», — говорит Мария Зубер, вице-президент МТИ. — «Топливо, используемое для создания термоядерной энергии, поступает из воды, и Земля полна воды — это почти неограниченный ресурс. Нам просто нужно придумать, как его использовать».
Разработка магнита открывает дверь для демонстрации синтеза в лаборатории, к чему исследователи шли десятилетиями. Теперь исследователи находятся на пути к созданию первого в мире термоядерного устройства, которое сможет создавать и удерживать плазму, производящую больше энергии, чем она потребляет. Демонстрационное устройство под названием SPARC планируется выпустить в 2025 году.
Деннис Уайт, директор Центра плазменных исследований и термоядерного синтеза МТИ, говорит, что демонстрация магнита представляет собой важную веху: «Я считаю, что это действительно переломный момент для науки и техники термоядерного синтеза... Для захвата солнечного источника энергии здесь, на Земле, необходим способ улавливания и удержания чего-то очень горячего — температурой 100 млн К или более — путем изоляции». Данный эффект достигается за счет интенсивных магнитных полей, которые образуют своего рода невидимый сосуд, где хранится плазма из протонов и электронов. Поскольку частицы плазмы имеют электрический заряд, они контролируются магнитными полями. Наиболее широко используемой конфигурацией для их удержания является устройство в форме пончика, называемое токамаком (тороидальная камера с магнитными катушками). Большинство этих устройств создают свои магнитные поля с помощью обычных электромагнитов из меди, но последняя и самая большая версия, строящаяся во Франции, ITER, использует так называемые низкотемпературные сверхпроводники.
Основным нововведением в конструкции термоядерного синтеза МТИ является использование высокотемпературных сверхпроводников, которые обеспечивают гораздо более сильное магнитное поле в меньшем пространстве. Это стало возможным благодаря новому виду сверхпроводящего материала, который стал коммерчески доступным несколько лет назад. Этот высокотемпературный материал, выполненный в форме плоской ленты, позволяет достичь более высокого магнитного поля в 40 раз меньшем по объему устройстве.
Исследователи говорят, что, в отличие от некоторых других проектов термоядерных экспериментов, в данном случае не требовалось внедрять множество инноваций.
«Мы создали первый в своем роде сверхпроводящий магнит. Потребовалось много работы по созданию уникальных производственных процессов и оборудования. В результате мы теперь хорошо подготовлены к наращиванию производства SPARC», — говорит Джой Данн, руководитель производственного отдела CFS. Исследователи параллельно работали с двумя возможными конструкциями магнитов. Получившийся магнит состоит из 16 пластин, сложенных вместе, каждая из которых сама по себе может быть самым мощным высокотемпературным сверхпроводящим магнитом в мире.
Следующим шагом будет строительство SPARC, уменьшенной версии планируемой электростанции ARC. Успешная эксплуатация SPARC продемонстрирует, насколько практична полномасштабная коммерческая термоядерная электростанция.
Ранее китайским физикам, разработавшим токамак EAST, удалось установить рекорд продолжительности удержания сверхгорячей плазмы. Плазму с температурой в 120 млн К установка удерживала 101 секунду. Плазму, нагретую до 160 млн К, удалось удерживать 20 секунд. Термоядерный реактор EAST собрали в 2006 году.
В мае этого года в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» запустили реактор токамака Т-15МД. Это экспериментальный гибридный термоядерный реактор, модифицированная версия комплекса Т-15, работавшего в Курчатовском институте с конца 1980-х годов. Установка является частью международного термоядерного проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).
