Здравствуйте дорогие друзья!
Исследователи работают над магнитом 20 Тесла, помещенным в холодильник, который охлаждает его до 20 кельвинов.
Неуловимая цель получения термоядерной энергии может быть намного ближе к реальности благодаря новому типу сверхпроводящего магнита. Или так утверждают исследователи из Commonwealth Fusion Systems (CFS), которые представили сегодня на онлайн-пресс-конференции D-образный электромагнит длиной 2 метра и шириной 1 метр и заявили, что он создал магнитное поле, примерно в 500 000 раз превышающее естественное земное. Поле, вдвое более сильное, чем у любого подобного сверхпроводящего магнита. Исследователи из компании из Массачусетса говорят, что их магнитная технология должна позволить им построить относительно небольшой прототип термоядерной электростанции к 2025 году, хотя они признают, что им еще предстоит преодолеть множество других технологических проблем.
CFS, созданная из Массачусетского технологического института (MIT) в 2018 году, сделала ставку на разработку магнитов из экзотических высокотемпературных сверхпроводящих материалов, которые могут создавать поля, вдвое более сильные, чем обычные сверхпроводящие магниты. Таким образом, успешное испытание магнита, проведенное 5 сентября, знаменует собой триумф для компании. «Мы перешли от трехлетней давности, когда мы даже не знали, может ли такой магнит существовать, к сегодняшнему дню», - говорит Боб Мамгаард, физик плазмы, соучредитель и генеральный директор CFS.
Термоядерный реактор, или токамак, предназначен для улавливания энергии, выделяющейся при слиянии ядер дейтерия и трития, тяжелых изотопов водорода, с образованием гелия и энергичных нейтронов. Для этого токамак полагается на сильные магнитные поля, которые улавливают и сжимают сверхгорячий ионизованный газ или плазму в вакуумной камере в форме пончика. Однако исследователям еще предстоит построить токамак, который дает больше энергии, чем потребляет, и они давно считали, что такой реактор должен быть большим, чтобы достичь точки безубыточности. Например, международный токамак ИТЭР, который строится во Франции и нацелен на выход в безубыток, имеет вакуумную камеру высотой 11 метров и шириной 19 метров.
Однако исследователи CFS говорят, что с помощью сильнопольных магнитов токамаки могут быть значительно меньше - и, следовательно, дешевле и проще в сборке. Исследователи CFS намеревались сделать необходимые магниты путем намотки катушек, состоящих из высокотемпературных сверхпроводников, называемых редкоземельными оксидами бария и меди, а не из обычных сверхпроводящих металлов, таких как ниобий олово. При охлаждении почти до абсолютного нуля сверхпроводник проводит электрический ток без сопротивления, если ток и магнитное поле не становятся слишком большими. Высокотемпературные сверхпроводники, названные так потому, что они сверхпроводят при сравнительно умеренных температурах, некоторые из которых превышают температуру жидкого азота выше 77 кельвинов, могут выдерживать более высокие магнитные поля, чем обычные сверхпроводники.
По словам Брайана Лабомбарда, физика плазмы и инженера из Массачусетского технологического института, работавшего над магнитом, в основном задача заключалась в создании магнита, который мог бы выдерживать огромные механические нагрузки, возникающие, когда само магнитное поле отталкивает катушки с током. «Вы можете думать об этом почти как о надавливании на воздушный шар», - говорит он. Обычные сверхпроводники можно превратить в прочный провод, который можно намотать в катушку, но высокотемпературный сверхпроводник поставляется в виде относительно хрупкой ленты. Поэтому для разработки магнита исследователи CFS придумали конструкцию, в которой тонкие слои ленты зажаты между более прочными слоями металла. «Вам нужно иметь как можно больше металла», - говорит Лабомбард. «И дизайн, который у нас есть, доводит это до предела».
В недавнем испытании новый магнит создавал поле в 20 Тесла в течение примерно 5 часов, хотя исследователи CFS говорят, что они могли поддерживать поле бесконечно. Имея в руках магнит, компания заявляет, что готова приступить к своей следующей цели: разработать прототип реактора под названием SPARC, который, как и ИТЭР, будет нацелен на то, чтобы показать, что токамак может генерировать больше энергии, чем потребляет. В SPARC исследователь будет использовать 18 катушек, таких как прототип 20 тесла, для окружения тороидальной вакуумной камеры. «Этот магнит позволил нам разработать производственные процессы, оборудование и цепочку поставок в масштабе, необходимом для коммерческого синтеза», - говорит Джой Данн, инженер-технолог CFS.
Однако токамак сам по себе не делает. В прошлом году в отчете Национальной академии наук, инженерии и медицины было обнаружено, что для того, чтобы к 2040 году создать прототип термоядерной электростанции, необходимо преодолеть множество других технологических проблем. Среди этих потребностей - материалы, которые могут выдерживать нагрев и нейтронную бомбардировку плазмы, а также более совершенные схемы отвода горячего гелия из вакуумной камеры. Мумгаард согласен с тем, что эти проблемы еще предстоит решить. Но он утверждает, что со всеми ними стало бы намного легче справиться в компактном токамаке с большим полем поля зрения.
В более общем плане, новый магнит может означать кардинальные изменения в том, как все разработчики термоядерного синтеза представляют себе будущие реакторы, независимо от особенностей их конструкции, - говорит Деннис Уайт, физик плазмы и инженер из Массачусетского технологического института: «Это, на мой взгляд, прилив который поднимает все лодки ».
Спасибо за просмотр!
С уважением к Вам, Алексей Васильевич
5.1М
