Ученые из США стали на шаг ближе к термоядерному синтезу энергии
Речь идет о новом магните для токамаков, разработанном в лабораториях Центра плазменной науки и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института (PSFC).
Новый тип магнита, изготовленный из высокотемпературного сверхпроводящего материала, достиг мирового рекорда напряженности магнитного поля в 20 Тесла. Именно такая интенсивность необходима для создания термоядерной электростанции, которая, как ожидается, будет производить чистую мощность и потенциально откроет эру практически неограниченного производства электроэнергии.
Для сравнения: большой магнитно-резонансный томограф в медицине может достигать 3 Тесла в течение короткого времени. Магнитное поле на поверхности Земли имеет силу всего 0,00005 Тесла. Но производительность — это одно, важна еще и эффективность, чтобы в нужный момент получить избыток энергии за счет ядерного синтеза. Для этой цели в качестве сверхпроводника использовался новый материал под названием REBCO — редкоземельный оксид меди бария.
Его преимуществом является то, что он нуждается в меньшем охлаждении по сравнению с другими сверхпроводниками, чтобы работать без сопротивления. Вместо 3 Кельвинов (-270 °C) достаточно 20 Кельвинов (-253 °C). Это все еще достаточно высокое значение, лишь чуть выше абсолютного нуля, поэтому магнит все еще нуждается в продуманной и сложной системе охлаждения. Однако прогресс есть, и, несмотря на небольшую на первый взгляд разницу в температурах старого и нового сверхпроводников, это огромный шаг вперед.
Второе преимущество разработки заключается в отсутствии необходимости в дорогостоящей изоляции между кабелями. Предыдущий вариант имел изоляцию обмотки, а в новой разработке ее устранили — инженеры положились на гораздо большую проводимость REBCO, и эта стратегия сработала. Более того, это обеспечило больше пространства, например, для повышения эффективности охлаждения и прочности конструкции. Не говоря уже о более простом процессе изготовления магнита.
Вес нового сверхмощного магнита составил 9 тонн при общей протяженности сверхпроводника 322 км. Во время испытаний система функционировала согласно предварительным расчетам и выдержала все нагрузки. Кроме того, были протестированы критические ситуации, включая полное отключение поступающей энергии, что может привести к катастрофическому перегреву. Это явление, известное как закалка, считается наихудшим сценарием работы таких магнитов, способным вывести из строя оборудование.
Инженеры намеренно довели до того, что магнит немного расплавился, дав специалистам массу новой и необходимой информации. Самое главное, что теоретические вычислительные модели для проектирования и прогнозирования характеристик различных аспектов работы магнита совпали с тем, что инженеры получили на практике. А расплавление магнита показало, какая из моделей его разрушения оказалась правдивой.
Таким образом, ученые приблизили будущее термоядерных реакторов, так как успешные испытания магнита позволят производить рабочие экземпляры токамаков. Надежные и безопасные, в которых подобные повреждения магнитов будут полностью исключены даже при самых экстремальных условиях работы.
А пока до появления токамаков остается еще много времени, обратите на то, что вы покупаете в супермаркетах. Исследования показали, что магазинная еда медленно нас убивает.