Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США нашли новый способ производства мощных магнитов небольшого размера для термоядерных реакторов. Технология отличается простотой и надёжностью, что обещает приблизить появление коммерческих термоядерных реакторов и открыть человечеству доступ к бесконечной и чистой энергии.
Источник изображения: PPPL
Сегодня для исследовательских термоядерных реакторов всех типов и также для реактора ИТЭР создаются магниты на основе низкотемпературной сверхпроводимости (реже — обычные на меди). К сожалению, низкотемпературная сверхпроводимость сильно ограничивает максимально возможную величину магнитного поля, что заставляет делать сверхпроводящие магниты очень большими, а это ведёт к увеличению размеров термоядерных реакторов со всеми негативными последствиями для экономики процессов.
Выходом может стать высокотемпературная сверхпроводимость, что позволит кратно поднять напряжённость магнитных полей и уменьшить размеры самих магнитов. Чем меньше магниты, тем компактнее активная рабочая зона термоядерного реактора. Такие реакторы удобно обслуживать и экономно эксплуатировать. Именно в этом направлении работала группа учёных из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) вместе с коллегами из Advanced Conductor Technologies, Университета Колорадо в Боулдере и Национальной лаборатории высоких магнитных полей в Таллахасси, штат Флорида.
Исследователи разработали технологию производства компактных сверхпроводящих магнитов с двумя серьёзными усовершенствованиями. Во-первых, они подобрали материалы для создания высокотемпературной проводимости. Во-вторых, разработана технология создания катушек заданной формы без использования изоляционных материалов. Сверхпроводимый провод без изоляции просто укладывается в проделанные для него бороздки в основе катушки и это многократно облегчает процесс изготовления магнитов.
«Стоимость намотки катушек намного ниже, потому что нам не нужно проходить через дорогостоящий и чреватый ошибками процесс вакуумной пропитки эпоксидной смолой, — сказал ведущий исследователь. — Вместо этого вы непосредственно наматываете проводник на форму из катушки».
Особенно важной данная разработка представляется для разработки так называемых сферических токамаков, которые внешне похожи на яблоко, а не на бублик классического токамака. Для сферических токамаков размер имеет первостепенное значение. Такие реакторы могут быть довольно компактными, но магнитные поля у них очень и очень сложной формы, что предъявляет жёсткие требования к магнитам. Компактные магниты могут решить такие проблемы и, хочется надеяться, рано или поздно это произойдёт.