Уже достаточно давно исследователи из различных стран и организаций ведут исследования в области термоядерного синтеза, который рассматривается как неистощимый источник экологически чистой энергии. Одни группы занимаются сооружением реактора ITER, самого большого в мире реактора типа токамак для размещения которого требуется здание высотой в семь этажей, а другие работают над более компактными и доступными решениями. И недавно исследователи из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) сделали большой шаг в реализации собственного проекта, построив новый сверхпроводящий магнит, способный вырабатывать рекордное для устройств подобного класса магнитное поле.
Разработка нового магнита проводилась в рамках программы по созданию экспериментального компактного реактора термоядерного синтеза ARC (Affordable, Robust, Compact). Реактор ARC, также как и реактор ITER, относится к типу токамак, камера которого имеет тороидальную форму. В камере этого реактора будут воссозданы условия, очень близкие к условиям в ядре Солнца, там, где атомы водорода, под воздействием огромной температуры и давления, будут сталкиваться и сливаться в ядро гелия, выделяя при этом большое количество экологически чистой энергии. Реактор ARC будет иметь размер в два раза меньше размера реактора ITER, его камера будет иметь диаметр в 3.3 метра.
Одним из ключевых компонентов любого термоядерного реактора, будь это реактор ARC, ITER или Wendelstein 7-X, является электромагнит, катушки которого создают сильнейшее магнитное поле, которое сжимает шнур плазмы, разогревая ее до сверхвысокой температуры, и удерживает плазму, не допуская ее контакта со стенками камеры реактора.
В реакторе ITER используются магниты с низкотемпературными сверхпроводящими обмотками, которые работают при охлаждении до точки ниже -269 градусов Цельсия. Исследователи проекта ARC используют в своей работе так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые не требуют использования громоздких и дорогостоящих систем сверхнизкотемпературного охлаждения и способны вырабатывать еще более сильное магнитное поле при меньших габаритах самого магнита.
Лента высокотемпературного сверхпроводника для электромагнита реактора ARC выпускается компанией-стартапом Commonwealth Fusion Systems (CFS), которая, как легко догадаться, является коммерческим предприятием MIT. Всего в новом электромагните, который имеет форму, напоминающую чем-то форму латинской буквы D, использовано 167 километров сверхпроводящей ленты, намотка которой разделена на 16 слоев. Магнит охлаждается до температуры -253.15 градуса Цельсия, при которой материал ленты переходит в сверхпроводящее состояние, что позволяет получить магнитное поле большой силы.
Во время первых испытаний ученые плавно увеличивали ток через обмотку электромагнита, пока не получили магнитное поле, силой 20 Тесла, что является своего рода рекордом для электромагнитов реакторов термоядерного синтеза. При использовании традиционных магнитов с низкотемпературными сверхпроводниками магнитное поле такой величины могло быть получено при помощи магнита, в 40 раз превосходящего по размерам магнит ARC.
Ученые из MIT рассчитывают, что использование новых высокотемпературных сверхпроводящих электромагнитов в реакторе ARC позволит им совершить прорыв - добиться положительного энергетического баланса, когда количество энергии от реакций термоядерного синтеза превысит количество энергии, затраченной на инициацию этих реакций. Более того, реактор ARC должен будет быть способным работать в течение длительного времени, что сделает его первым шагом на пути к созданию коммерческих реакторов термоядерного синтеза, которые уже будут устанавливаться на электростанциях.
Согласно планам, первый опытный реактор SPARC, который будет в два раза меньше будущего реактора ARC, должен быть построен и запущен в 2025 году. И после серии экспериментов и исследований на этом реакторе проект ARC перейдет на этап сооружения полноразмерного реактора следующего поколения.
Машины-монстры - все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.
