Испытан самый мощный в мире магнит из высокотемпературных сверхпроводников
Магнит станет главной деталью для «неисчерпаемого источника энергии»
Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology – MIT) вместе с коллегами из стартап-компании Commonwealth Fusion Systems (CFS) и Биллом Гейтсом, который поддерживает их финансово, сделали по истине семимильный шаг вперед на пути создания работоспособного термоядерного реактора – «неисчерпаемого источника энергии», как называют эту мечту человечества, начавшую казаться несбыточной. Они создали для него эдакий магнит мечты на основе высокотемпературных сверхпроводящих материалов. На испытаниях, которых прошли 5 сентября магнит сгенерировал магнитное поле напряженностью 20 Тесла – почти в миллион раз больше земного.
Достижение отнюдь не рекордное – в лабораториях ученые генерировали поля почти в 3 тысячи Тесла. Главное достоинство нового магнита в том, что для своей мощности он очень компактный – каких-то пару метров в поперечнике.
Уменьшить размеры главной детали термоядерного реактора позволил новый материал – лента высокотемпературного сверхпроводника, изготовленная из оксида иттрий-барий-меди (YBCO). Он не требует экстремального охлаждения.
Для сравнения, диаметр магнита для строящегося во Франции международного экспериментального термоядерного реактора (ИЭТР), изготавливаемого из более традиционного низкотемпературного – сверхпроводника, будет примерно в три раза больше. А «выдавать» 13 Тесла.
Ученые полагают: и 13 Тесла хватит, чтобы удержать термоядерную плазму, а 20 – еще и с запасом. Но реактор, в основе которого будут высокотемпературные сверхпроводники и более компактный магнит, получится проще и легче.
SPARC – так назвали в коллаборации MIT-CFS энергетическую установку, кольцевой плазменный канал в которой специалисты хотят собрать из 16 магнитных секций. Запустить в работу планируют к 2025 году. Энергии обещают производить 100 мегаватт – в несколько раз больше затраченной на поддержание работы реактора.
По сути и SPARC, и ИТЭР это токамаки – тороидальные камеры с магнитными катушками – установки, изобретенные еще во времена СССР советскими учеными. С тех пор их-то и пытались сделать работоспособными во многих странах мира. Но безуспешно. Термоядерная плазма в таких установках вспыхивала, но на доли секунды. А потом «прилипала» к стенкам и гасла.
Настойчивость, в итоге, победила. Уже в наше время исследователи достигли заметного прогресса – некоторые удерживали горение почти минуту. Главным образом за счет появления сверхпроводников и более мощных магнитов на их основе.
От нынешней разработки коллаборации MIT-CFS до стабильно работающая энергетической установки уже, что называется, рукой подать.
СПРАВКА
Солнце в магнитной бутылке
Реакция в термоядерном реакторе – реакция синтеза – подобна той, которая происходит в недрах Солнца. Ядра более легких атомов сливаются, образуя более тяжелые, выделяя при этом огромное количество энергии.
В экспериментальных энергетических установках пока используют изотопы водорода – дейтерий и тритий. Сливаясь, их ядра образуют ядра гелия и множество нейтронов.
В перспективе, возможно, удастся осуществить более эффективный термоядерный синтез на основе реакции слияния ядер дейтерия и гелия-3 с образованием опять же ядер.
Смесь, потребную для синтеза, впрыскивают в тороидальную камеру и разогревают электрическим током до нескольких сотен миллионов градусов. Образуется плазма, в которой и происходит процесс термоядерного синтеза. Магнитное поле удерживает плазму, не давая соприкоснуться с металлическими стенками тороидальной камеры. Подобную конструкцию называют еще «магнитной «бутылкой».