ITER: Най-големият термоядрен реактор в света ще създаде магнитно поле, 250 000 пъти по-силно от земното

ITER – най-големият експеримент за термоядрен синтез в света е по-близо до пускане в експлоатация след като специалните магнити, необходими за изграждането на ядрото на реактора пристигнаха в Южна Франция.

Това бележи края на продължилия две десетилетия процес на проектиране на реактора, чието изработване продължи на три континента.

Тъй като светът търси по-добри начини за производство на чиста енергия без въглеродни емисии, реакциите на ядрен синтез предлагат правдоподобно решение, което може да бъде изключено и при поискване. Неотдавнашните постижения в тази област показаха, че е възможно да се получи енергия от ядрен синтез и в момента повече от 30 държави си сътрудничат за изграждането на Международния термоядрен експериментален реактор (ITER) във Франция.

При проектирането на ITER се използва и подходът на токамака, при който водородното гориво се впръсква във вакуумна камера с форма на поничка и се нагрява, за да се получи плазма и да се възпроизведат процесите на Слънцето. При изключително високи температури от 150 милиона градуса по Целзий започва реакция на термоядрен синтез.

Плазмата обаче трябва да бъде задържана вътре в стените на реактора, като тази задача се изпълнява от гигантски свръхпроводими магнити.

Гигантските магнити на ITER

В конструкцията на токамака ITER като материал за магнитите се използват ниобий-олово и ниобий-титан. Намотките се захранват с електричество и след това се охлаждат до температури четири градуса над абсолютната нула (-269°C), за да станат свръхпроводими.

ITER ще използва магнити по три различни начина, за да създаде невидимата магнитна клетка, която ще задържа плазмата. Външната форма на поничка се постига с 18 D-образни тороидални магнита. Комплект от шест магнита ще обикаля хоризонтално токамака, за да помогне за контрола на формата на плазмата, докато централен соленоид ще използва енергийни импулси за генериране на ток в плазмата.

Максималният ток на плазмата в ITER ще бъде 15 милиона ампера, което е рекорд за токамаците, построени в цял свят. Що се отнася до магнитното поле, общата магнитна енергия на проекта ще бъде 41 гигаджаула или 250 000 пъти по-силна от земната.

Как са направени тези мощни магнити?

Всеки тороидален магнит е висок 17 метра, широк е почти 9 метра и тежи цели 360 тона. Десет магнита са изработени в Европа от Fusion for Energy – европейското крило на ITER, а осем от тези магнити плюс един резервен са произведени от Националния институт за квантова наука и технологии (QST) в Япония.

Производственият процес започва с ниобиево-оловна нишка, навита с медни нишки в структура, наподобяваща въже и поставена в стоманена обвивка, проектирана с централен канал, в който може да се вкара принудително хелий. Тази структура се нарича кондуктор.

За изработването на проводници за 19-те тороидални магнита са необходими повече от 87 000 километра ниобиево-калаени нишки, но това е може би най-простата задача в процеса на изработване.

За изработването на един D-образен магнит близо 750 метра от проводника се огъват в двойна спирална траектория и се нагряват до 650°C. След това той се поставя в D-образна радиална плоча, изработена от неръждаема стомана.

Проводникът се обвива и изолира с помощта на стъклена и каптонова лента и се заварява лазерно с покриващи плочи, за да се получи структура на двойна палачинка, използваща два слоя проводник. След това двойната палачинка се изолира.

След това седем такива двойни палачинки се използват за направата на пакет от намотки – сърцевината на D-образния магнит и се свързват помежду си за електрически поток.

И накрая, пакетът от намотки се поставя в 200-тонен корпус от неръждаема стомана, достатъчно здрав, за да издържи на силите на движението на плазмата и генерирането на енергия от термоядрен синтез.

Когато бъде сглобен, реакторът за термоядрен синтез ITER ще генерира 500 MW топлинна енергия в пиковия си момент. Когато е свързан към мрежата, той ще генерира 200 MW енергия непрекъснато, достатъчна за захранването на 200 000 жилища, се казва още в съобщението за пресата.