Машини-монстри: новий надпровідний магніт, який, можливо, дозволить “запалити” термоядерний синтез

0
14

Вже досить давно дослідники з різних країн і організацій ведуть дослідження в областітермоядерного синтезу, який розглядається як невичерпне джерело екологічно чистої енергії. Одні групи займаються спорудженням реактора iter, найбільшого в світі реактора типу токамак для розміщення якого потрібна будівля висотою в сім поверхів, а інші працюють над більш компактними і доступними рішеннями. І нещодавно дослідники з массачусетського технологічного інституту (massachusetts institute of technology, mit) зробили великий крок у реалізації власного проекту, побудувавши новий надпровідний магніт, здатний виробляти рекордне для пристроїв подібного класу магнітне поле.

Розробка нового магніту проводилася в рамках програми зі створення експериментального компактного реактора термоядерного синтезу arc (affordable, robust, compact). Реактор arc, також як і реактор iter, відноситься до типу токамак, камера якого має тороїдальну форму. У камері цього реактора будуть відтворені умови, дуже близькі до умов в ядрі сонця, там, де атоми водню, під впливом величезної температури і тиску, будуть стикатися і зливатися в ядро гелію, виділяючи при цьому велику кількість екологічно чистої енергії. Реактор arc буде мати розмір в два рази менше розміру реактора iter, його камера буде мати діаметр в 3.3 метра.

Одним з ключових компонентів будь-якого термоядерного реактора, будь це реактор arc, iter илиwendelstein 7-x, є електромагніт, котушки якого створюють сильне магнітне поле, яке стискає шнур плазми, розігріваючи її до надвисокої температури, і утримує плазму, не допускаючи її контакту зі стінками камери реактора.

Вреакторе iter використовуються магніти з низькотемпературними надпровідними обмотками, які працюють при охолодженні до точки нижче -269 градусів цельсія. Дослідники проекту arc використовують у своїй роботі так звані високотемпературні надпровідники, які не вимагають використання громіздких і дорогих систем наднизькотемпературного охолодження і здатні виробляти ще більш сильне магнітне поле при менших габаритах самого магніту.

Стрічка високотемпературного надпровідника для електромагніту реактора arc випускається компанією-стартапом commonwealth fusion systems (cfs), яка, як легко здогадатися, є комерційним підприємством mit. Всього в новому електромагніті, який має форму, що нагадує чимось форму латинської літери d, використано 167 кілометрів надпровідної стрічки, намотування якої розділена на 16 шарів. Магніт охолоджується до температури -253.15 градуса цельсія, при якій матеріал стрічки переходить в надпровідний стан, що дозволяє отримати магнітне поле великої сили.

Під час перших випробувань вчені плавно збільшували струм через обмотку електромагніту, поки не отримали магнітне поле, силою 20 тесла, що є свого роду рекордом для електромагнітів реакторів термоядерного синтезу. При використанні традиційних магнітів з низькотемпературними надпровідниками магнітне поле такої величини могло бути отримано за допомогою магніту, в 40 разів перевершує за розмірами магніт arc.

Вчені з mit розраховують, що використання нових високотемпературних надпровідних електромагнітів в реакторі arc дозволить їм зробити прорив-домогтися позитивного енергетичного балансу, коли кількість енергії від реакцій термоядерного синтезу перевищить кількість енергії, витраченої на ініціацію цих реакцій. Більш того, реактор arc повинен буде бути здатним працювати протягом тривалого часу, що зробить його першим кроком на шляху до створення комерційних реакторів термоядерного синтезу, які вже будуть встановлюватися на електростанціях.

Згідно з планами, перший дослідний реактор sparc, який буде в два рази менше майбутнього реактора arc, повинен бути побудований і запущений в 2025 році. І після серії експериментів і досліджень на цьому реакторі проект arc перейде на етап спорудження повнорозмірного реактора наступного покоління.

машини-монстри – все про самих виняткових машинах, механізмах і пристроях в світі, від величезних засобів знищення собі подібних до крихітних точних пристроїв, механізмів і всього того, що знаходиться в проміжку між ними.