Інженери Центру плазми і термоядерної енергії (США) розробили з високотемпературного провідного матеріалу новий тип магніту. Їм вдалося побудувати магніт масою 9 тонн, що генерує рівне магнітне поле потужністю трохи більше 20 Тл – набагато більше, ніж будь-який інший магніт таких розмірів. Як показали проведені випробування, за потужністю та іншими параметрами він відповідає вимогам, які висуваються до магнітів для реакторів термоядерного синтезу. При цьому він дає змогу знизити ціну одного вата енергії для термоядерного реактора майже в 40 разів.
Дослідники з MIT і приватної компанії Commonwealth Fusion Systems (CFS) опублікували шість наукових статей, у яких описали конструкцію і процес виготовлення магніту, діагностичне обладнання, необхідне для оцінки його продуктивності, а також висновки, які зробили під час своєї роботи. Вони з’ясували, що загалом прогнози і моделі були правильними, і підтвердили, що унікальні елементи конструкції магнітів можуть слугувати основою для термоядерних реакторів.
За словами директора Центру, професора Денніса Вайта, успішне випробування магнітів – “найважливіше, що сталося за останні 30 років у дослідженнях термоядерного синтезу”. Раніше найдоступніші надпровідні магніти були досить потужними, щоб досягти енергії синтезу – але тільки в тому разі, якщо були настільки великими, що втрачалася економічна ефективність їхнього застосування. Тепер же ціна за один ват енергії для термоядерного реактора різко впала майже в 40 разів, пише MIT News.
Реакція термоядерного синтезу, що вивільняє величезну кількість енергії майже без радіоактивних відходів, вимагає надзвичайно високих температур і тиску. Жоден матеріал, відомий науці, не витримав би такого, тому паливо для реакції утримують магнітні поля. Їх створюють надпровідні магніти, які раніше виготовляли з матеріалу, що потребує температури 4 К (-270 °С). Нещодавно з’явився новий матеріал REBCO на основі оксиду барію-міді, який дозволив підняти температуру до 20 К.
Фахівці MIT і CFS переробили майже всі основні принципи створення матеріалів для надпровідних магнітів, щоб отримати абсолютно новий, відмінний від колишнього REBCO. Одна з найважливіших його відмінностей – відсутність ізоляційного шару навколо тонких, плоских надпровідних стрічок, що утворюють магніт. Ізоляція захищала маніт від замикань між проводами, але винахідники нового магніту вирішили обійтися без нього, поклавшись на високу провідність.
У підсумку інженерам вдалося побудувати магніт масою 9 тонн, що генерує рівне магнітне поле потужністю трохи більше 20 Тл – набагато більше, ніж будь-який інший магніт таких розмірів. Відсутність ізолюючого шару серйозно спрощує і прискорює процес виробництва і залишає місце для інших компонентів.
Випробування показали, що різні комп’ютерні моделі, які прогнозують продуктивність магніту в різних аспектах, здебільшого узгоджуються з реальними вимірами. Розібравши магніт на частини, дослідники встановили, що більша його частина залишилася неушкодженою, і тільки одна ізольована область оплавилася.
Учені роками шукають шляхи ефективного контролю спінових хвиль. Дослідження нідерландських фізиків дає змогу краще зрозуміти взаємодію надпровідників і магнітів. Воно доводить можливість управління спіновими хвилями на чипі за допомогою надпровідників.
5 фактів про термоядерний синтез:
- Принцип роботи: Термоядерний синтез – це процес, за яким два легкі атомні ядра об’єднуються, утворюючи важче ядро, що супроводжується вивільненням величезної кількості енергії. Цей процес є джерелом енергії Сонця та інших зірок.
- Температура: Для початку реакції термоядерного синтезу потрібні екстремальні умови, зокрема, температура понад 100 мільйонів градусів Цельсія. У таких умовах матерія перебуває у стані плазми.
- Дейтерій та тритій: Найчастіше для термоядерного синтезу використовують ізотопи водню – дейтерій і тритій, оскільки вони легше з’єднуються порівняно з іншими елементами. Дейтерій можна добувати з морської води, а тритій виробляють з літію.
- Міжнародний проєкт ITER: ITER (Міжнародний термоядерний експериментальний реактор) є найбільшим у світі дослідницьким проєктом з термоядерного синтезу, розташованим у Франції. Проєкт об’єднує зусилля 35 країн з метою побудови найбільшого токамака та демонстрації практичної доцільності термоядерного синтезу як джерела енергії.
- Переваги термоядерного синтезу: Термоядерний синтез має потенціал стати майже нескінченним і екологічно чистим джерелом енергії. Він виробляє значно менше радіоактивних відходів порівняно з традиційними ядерними реакторами і не містить ризику ядерного мелтдауну.
Термоядерний синтез вважається священним Граалем у сфері виробництва енергії, оскільки його успішне використання може революціонізувати енергетичну галузь, забезпечивши людство чистою, безпечною та практично необмеженою енергією.