В серии из шести научных статей в мартовском выпуске журнала IEEE Xplore Ученые Массачусетского технологического института рассказали о разработке и принципах работы новых электромагнитов на основе высокотемпературной сверхпроводимости. Эта разработка названа самым большим за последние 30 лет прорывом в области создания коммерчески выгодных термоядерных реакторов.
Источник изображений: MIT
Первые испытания масштабного прототипа высокотемпературного сверхпроводящего электромагнита прошли 5 сентября 2021 года в лабораториях Центра науки о плазме и термоядерном синтезе Массачусетского технологического института (PSFC). Изделие массой около 9 тонн создало электромагнитное поле силой 20 теслов. Конструкция электромагнита была создана с нуля с использованием новых принципов и масштабные испытания должны были подтвердить правильность расчетов, моделей и идеи, которая в тот момент была крайне новаторской.
До появления этой разработки существующие на тот момент технологии и электромагниты уже могли создавать поля требуемой напряженности, чтобы удерживать нагретую до 100 млн°C плазму в изоляции от стен рабочей камеры. Однако эффективность работы таких систем была далека от требований рентабельности. Ученые из MIT с коллегами из компании Commonwealth Fusion Systems смогли создать намного более компактные и дешевые в производстве и поддержке электромагниты, которые позволили заявить об их поразительной энергоэффективности.
«За одну ночь это практически изменило стоимость ОАО термоядерного реактора почти в 40 раз», как позже заявили участники эксперимента. «Теперь термоядерный синтез имеет шанс, – утверждают ученые. — Наиболее широко используемая конструкция для экспериментальных термоядерных устройств получила шанс стать экономичной, потому что у вас появились скачкообразные изменения в этой области». Это способность значительно уменьшить размер и стоимость объектов, которые могли бы сделать термоядерный синтез.
Один из секретов успеха новой конструкции электромагнитов стал отказ от изоляции проводов в обмотках катушек. В это трудно поверить, но учёные использовали в обмотке голые провода без опасений пробоев и коротких замыканий. Эффект сверхпроводимости создал в обмотках такие условия, что замыканием между витками можно было пренебречь. Эксперимент подтвердил правильность выбора. Катушка электромагнита осталась надежной и стала намного меньше в размерах, а также по стоимости и с точки зрения общего размера реактора.
В качестве обмотки был выбран высокотемпературный сверхпроводник REBCO – это редкоземельный оксид бария-миди, который позволяет достигать сверхпроводящего эффекта при температуре 20 К – это на 16 К выше обычной сверхпроводимости, изменяющей правила игры несмотря на небольшую разницу в глубине охлаждения. На один электромагнит пошло 300 км линии REBCO. Только представьте, сколько экономии пространства в катушке стало возможным благодаря отказу от изоляции этой проволоки. Кстати, в MIT не назвали поставщика этой проволоки, поэтому им вполне может быть китайский производитель Shanghai Superconductor, например.
Позже при испытаниях магнита на критических режимах были проверены теоретические модели его поведения до частичного разрушения (расплавления обмотки). Это было важно для улучшения конструкции и отработки эксплуатационных характеристик электромагнитов для использования в будущих термоядерных реакторах. Выход сегодня статей по разработке стал возможным после получения патентов на конструкцию электромагнитов и принципы их работы. Исследование приближает тот момент, когда на Земле может зажечься рукотворное Солнце, а энергия в электросетях станет бесконечной и практически чистой.
Если вы заметили ошибку, выделите ее мышкой и нажмите CTRL+ENTER.
