Евтината енергия от термоядрен синтез е близо: Учени от MIT с пробив в производството на свръхпроводящи магнити

В поредица от 6 научни статии в мартенския брой на IEEE Xplore, учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) описват разработването и принципите на работа на нови електромагнити, базирани на високотемпературна свръхпроводимост.

Тази разработка е най-големият пробив през последните 30 години в областта на създаването на търговски жизнеспособни реактори за термоядрен синтез.

Първият тест на широкомащабен прототип на високотемпературен свръхпроводящ електромагнит се състоя на 5 септември 2021 гoдина в лабораториите на Центъра за плазмени науки и термоядрен синтез (PSFC) на MIT. Изделието, тежащо около 9 тона създаде електромагнитно поле със сила 20 T (тесла). Конструкцията на електромагнита е създадена от нулата, като са използвани нови принципи. Мащабните тестове имаха за цел да потвърдят правилността на изчисленията, моделите и самата идея, която по онова време беше изключително иновативна.

Преди тази разработка съществуващите по онова време технологии и електромагнити вече бяха в състояние да създават полета с необходимата сила, за да поддържат плазма, нагрята до 100 000 000°C, изолирана от стените на работната камера. Ефективността на тези системи обаче далеч не беше рентабилна. Учените от MIT и колегите им от Commonwealth Fusion Systems успяха да създадат електромагнити, които са много по-компактни и по-евтини за производство и поддръжка. Това им позволи да претендират за впечатляващата си енергийна ефективност.

„За една нощ цената на ват за термоядрен реактор на практика се промени почти 40 пъти. Сега термоядреният синтез има шанс.“

твърдят учените

Най-широко използваният дизайн за експериментални термоядрени устройства има шанс да стане рентабилен, защото има напредък в тази област. Това е възможността за значително намаляване на размера и цената на обектите, които биха направили синтеза възможен.

Една от тайните на успеха на новата конструкция на електромагнита е изоставянето на изолацията на проводниците в намотките на бобината. Трудно е да се повярва, но учените са използвали голи проводници в намотките, без притеснения от повреди и къси съединения. Ефектът на свръхпроводимостта създал такива условия в намотките, че късите съединения между намотките можели да бъдат пренебрегнати. Експериментът потвърдил, че идеята работи. Намотката на електромагнита останала надеждна и станала много по-малка по размер. А също и по отношение на цената и общия размер на реактора.

За намотката е избран високотемпературен свръхпроводник REBCO. Това е рядкоземен бариево-меден оксид, който позволява постигането на свръхпроводящ ефект при температура от 20 K. Това е 16 K над конвенционалната свръхпроводимост, което е промяна в играта въпреки привидно малката разлика в дълбочината на охлаждане. За един електромагнит са били необходими 300 километра лента REBCO. Представете си само спестеното пространство в намотката, което е възможно, ако не се изолира този проводник. Между другото, MIT не посочва доставчика на този проводник. В този случай напълно възможно това да е китайската Shanghai Superconductor, например.

По-късно, по време на изпитанията на магнита при критични режими бяха потвърдени теоретичните модели на поведението му до частично разрушаване (разтопяване на намотката). Това беше важно за подобряване на конструкцията и работата на електромагнитите, които ще се използват в бъдещите реактори за термоядрен синтез. Публикуваните днес развойни статии станаха възможни след получаването на патенти за конструкцията на електромагнитите и принципите им на работа.

Изследванията се приближават до момента, в който на Земята ще може да се запали изкуствено слънце и енергията в електрическата мрежа ще стане безкрайна и практически чиста.