Электромагниты, не нуждающиеся в изоляции, приблизят эру термоядерной энергетики

Posted by admin on 11 марта, 2022

В настоящее время учеными из разных стран ведутся интенсивные исследования в области термоядерного синтеза, который позиционируется в качестве неисчерпаемого источника экологически чистой энергии. Ключевыми компонентами экспериментальных термоядерных реакторов являются электромагниты, которые создают мощнейшие поля, сжимающие и удерживающие разогретую до безумных температур плазму внутри камеры. Электромагниты, используемые сегодня, создаются по классической схеме, их обмотки из сверхпроводящих материалов тщательно укладываются и изолируются друг от друга. И в этом заключается одна из проблем, когда ученым удастся добиться устойчивых реакций термоядерного синтеза, потоки высокоэнергетических нейтронов, излучаемых плазмой, будут постепенно разрушать материал изоляции, ставя под угрозу работоспособность реактора в целом.

Решение описанной выше проблемы было найдено учеными из Лаборатории плазменной физики Принстонского университета (Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL). «Если мы когда-нибудь начнем строить термоядерную электростанцию, которая должна непрерывно работать в течение долгого времени, то мы не сможем использовать магниты традиционной конструкции» — рассказывает Юху Чжай (Yuhu Zhai), ведущий инженер лаборатории PPPL, — «Непрерывные реакции термоядерного синтеза создадут мощные потоки высокоэнергетических частиц, которые будут постоянно разрушать изоляцию и другие узлы реакторов, изготовленные из полимерных материалов».

Магнит, которые не нуждается в изоляции обмоток, был изготовлен из оловянных и ниобиевых проводов. Эти провода были сплетены особым образом, отформованы и нагреты до температуры, при которой они сплавились и образовали совершенно новый тип сверхпроводящего материала. Этот материал, охлажденный до сверхнизкой температуры, обладает крайне малым электрическим сопротивлением, помимо этого, он практически не подвержен деградации, что сказывается в положительную сторону на надежности устройства.

«Во время тестов мы пропустили через наш электромагнит ток, силой в 83 процента от максимального теоретического значения, и это — очень хороший показатель» — рассказывает Юху Чжай, — «Магниты, используемые сейчас в реакторах типа токамак, способны работать на 70 процентах от максимальной мощности. А огромные магниты реактора ITER будут работать максимум на 50 процентах мощности».

Новый тип сверхпроводящего электромагнита имеет более простую конструкции и будет более дешев в производстве, нежели другие современные решения. За счет отсутствия изоляции и возможности работать с большими значениями плотности тока, такие магниты будут иметь меньшие габариты, занимать меньше пространства в конструкции токамака, допуская при этом генерацию более сильных магнитных полей.

«Данное достижение является поистине революционным в области изготовления электромагнитов для термоядерного синтеза» — рассказывает Майкл Зарнсторфф (Michael Zarnstorff), старший научный сотрудник лаборатории PPPL, — «Имея в своем распоряжении полностью металлический электромагнит, не нуждающийся в изоляции, вы сразу избавляетесь от нескольких дорогостоящих производственных этапов. Плюс к этому, существенно понижается вероятность неправильной работы и выхода из строя катушки электромагнита».