Этот термоядерный реактор скреплен лентой

Jun 01, 2023

Высокотемпературная сверхпроводящая лента лежит в основе надежды на создание токамака меньшего размера

Термоядерному реактору Sparc потребуется 10 000 километров этой высокотемпературной сверхпроводящей ленты.

На сайте На территории бывшей базы резерва армии США недалеко от Бостона из холмов возвышается необычное сооружение. Брэндон Сорбом, научный директор Commonwealth Fusion Systems (CFS), ведет меня к центру крестообразного контура здания, лавируя между строительными лесами, вилочными погрузчиками и бригадами сварщиков и маляров. Спускаясь по лестнице в глубокий подвал, окруженный бетонными стенами толщиной 2,5 метра, он указывает на большую круглую дыру в центре высокого потолка комнаты, края которой поддерживаются четырьмя толстыми колоннами.

«Через несколько месяцев, если мы будем придерживаться графика, токамак Sparc будет стоять именно здесь», — говорит Сорбом. Окружающая вакуумную камеру в форме пончика стопка высокотемпературных сверхпроводящих магнитов высотой 3 метра создаст мощное магнитное поле, сжимающее и загоняющее в угол кружащуюся перегретую массу водородной плазмы. Имитируя процесс, который питает Солнце, ионы водорода — изотопы, называемые дейтерием и тритием, — будут ускоряться и сталкиваться с такой силой, что сливаются с гелием и выделяют высокоэнергетические нейтроны.

Компания Commonwealth Fusion Systems заявляет, что эта катушка высокотемпературной сверхпроводящей ленты является ключом к созданию меньшего по размеру и более дешевого токамака. Лента состоит из оксида иттрия, бария и меди, нанесенного на стальную подложку. Гретхен Эртл/CFS/Центр плазменной науки и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института

CFS, стартап, возникший в результате десятилетий исследований в Массачусетском технологическом институте (MIT), входит в число лидеров новой волны проектов термоядерной энергетики, возникших за последнее десятилетие, используя преимущества технологических достижений, а также рост инвестиций частного сектора. По словам Эндрю Холланда, директора Ассоциации термоядерной промышленности, компании, занимающиеся термоядерной энергетикой, уже привлекли более 5 миллиардов долларов США, большая часть из которых - с 2021 года. Все эти компании намерены продемонстрировать положительный прирост энергии — получить больше энергии от своих реакций, чем используется для их запуска — к концу десятилетия.

«В этот момент мы станем на шаг ближе к новой эре безуглеродной электроэнергии при базовой нагрузке», — говорит Сорбом. «Мы просто надеемся, что сможем сделать это вовремя и стать важной частью решения климатического кризиса».

Исследование, создание и тестирование первого магнита Commonwealth Fusion Systems потребовали опыта 270 членов команды, в том числе показанных здесь во время строительства. Гретхен Эртл/CFS/Центр плазменной науки и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института

Деннис Уайт (слева), директор Центра науки о плазме и термоядерном технологическом институте Массачусетского технологического института и генеральный директор Commonwealth Fusion Systems Боб Мамгаард, совещаются в испытательном зале Массачусетского технологического института, где стартап построил и испытал свой первый магнит. Гретхен Эртл / CFS / MIT Plasma Science и Фьюжн-центр

В сентябре 2021 года компания Commonwealth Fusion Systems испытала первый из D-образных магнитов тороидального поля своего реактора. Магнит продемонстрировал магнитное поле силой 20 Тесла. Гретхен Эртл/CFS/Центр науки о плазме и термоядерном синтезе Массачусетского технологического института

На данный момент компания Commonwealth Fusion Systems накопила около трети из 10 000 километров высокотемпературной сверхпроводящей ленты, которая понадобится ей для завершения строительства реактора Sparc. Гретхен Эртл/CFS/Центр науки о плазме и термоядерном синтезе Массачусетского технологического института

Что отличает технологию CFS от других, так это использование высокотемпературной сверхпроводящей ленты, которая наслаивается и складывается для создания чрезвычайно сильных электромагнитов, которые будут формировать и ограничивать неуправляемую плазму и удерживать большую часть заряженных частиц вдали от стенок токамака. Компания полагает, что этот новый подход позволит ей создать высокопроизводительный токамак, который будет намного меньше и дешевле, чем это было бы возможно при использовании предыдущих подходов.

В настоящее время существует два основных направления исследований термоядерной энергии. Магнитное удержание использует электромагниты для удержания плазмы, обычно внутри токамака. Инерционное удержание сжимает и нагревает цель, наполненную топливом, часто с помощью лазеров, чтобы запустить реакцию.