В серии из шести научных статей в мартовском выпуске журнала IEEE Xplore учёные Массачусетского технологического института рассказали о разработке и принципах работы новых электромагнитов на основе высокотемпературной сверхпроводимости. Эта разработка названа крупнейшим за последние 30 лет прорывом в области создания коммерчески выгодных термоядерных реакторов.

Почему ИИ никак не сесть на безматричную диету

HUAWEI FreeArc: вероятно, самые удобные TWS-наушники

Пять причин полюбить HONOR X8c

Обзор умных часов HUAWEI WATCH 5: часы юбилейные

Hollow Knight: Silksong — песнь страданий и радостей. Рецензия

Пять причин полюбить HONOR Pad V9

Фитнес-браслет HUAWEI Band 10: настоящий металл

Пять причин полюбить HONOR Magic7 Pro

Источник изображений: MIT

Первые испытания масштабного прототипа высокотемпературного сверхпроводящего электромагнита состоялись 5 сентября 2021 года в лабораториях Центра науки о плазме и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института (PSFC). Изделие массой около 9 тонн создало электромагнитное поле силой 20 тесла. Конструкция электромагнита была создана с нуля с использованием новых принципов и масштабные испытания должны были подтвердить правильность расчётов, моделей и самой идеи, которая на тот момент была крайне новаторской.

До появления этой разработки существующие на тот момент технологии и электромагниты уже могли создавать поля необходимой напряжённости, чтобы удерживать нагретую до 100 млн °C плазму в изоляции от стенок рабочей камеры. Однако эффективность работы подобных систем была далека от требований рентабельности. Учёные из MIT с коллегами из компании Commonwealth Fusion Systems смогли создать намного более компактные и дешёвые в производстве и поддержке электромагниты, которые позволили заявить об их впечатляющей энергоэффективности.

«За одну ночь это практически изменило стоимость ватта термоядерного реактора почти в 40 раз», как позже заявили участники эксперимента. «Теперь у термоядерного синтеза есть шанс, — утверждают учёные. — Наиболее широко используемая конструкция для экспериментальных термоядерных устройств, получила шанс стать экономичной, потому что у вас появились скачкообразные изменения в этой области». Это способность значительно уменьшить размер и стоимость объектов, которые сделали бы возможным термоядерный синтез.

Один из секретов успеха новой конструкции электромагнитов стал отказ от изоляции проводов в обмотках катушек. В это трудно поверить, но учёные использовали в обмотке голые провода без опасений пробоев и коротких замыканий. Эффект сверхпроводимости создал в обмотках такие условия, что замыканием между витками можно было пренебречь. Эксперимент подтвердил правильность выбора. Катушка электромагнита осталась надёжной и стала гораздо меньше в размерах, а также по стоимости и с точки зрения общего размера реактора.

В качестве обмотки был выбран высокотемпературный сверхпроводник REBCO — это редкоземельный оксид бария-меди, который позволяет достигать сверхпроводящего эффекта при температуре 20 К — это на 16 К выше обычной сверхпроводимости, что меняет правила игры несмотря на кажущуюся небольшую разницу в глубине охлаждения. На один электромагнит ушло 300 км полосы REBCO. Только представьте, сколько экономии пространства в катушке стало возможным благодаря отказу от изоляции этого провода. Кстати, в MIT не назвали поставщика этого провода, поэтому им вполне может оказаться китайский производитель Shanghai Superconductor, например.

Позже во время испытаний магнита на критических режимах были проверены теоретические модели его поведения вплоть до частичного разрушения (расплавления обмотки). Это было важно для улучшения конструкции и отработки эксплуатационных характеристик электромагнитов для использования в будущих термоядерных реакторах. Выход сегодня статей по разработке стал возможным после получения патентов на конструкцию электромагнитов и принципы их работы. Исследование приближает тот момент, когда на Земле может зажечься рукотворное Солнце, а энергия в электросетях станет бесконечной и практически чистой.

Химики Массачусетского технологического института за несколько лет работы по заказу компании Lamborghini создали перспективный материал для катодов, который может вытеснить кобальт из литиевых аккумуляторов. Новые аккумуляторы сэкономят до 70 % стоимости производства литиевых аккумуляторов, и будут содержать меньше дефицитных и вредных химических веществ. При этом они будут не хуже обычных батарей и даже лучше.

Обзор умных часов HUAWEI WATCH 5: часы юбилейные

HUAWEI FreeArc: вероятно, самые удобные TWS-наушники

Пять причин полюбить HONOR Magic7 Pro

Пять причин полюбить HONOR Pad V9

Почему ИИ никак не сесть на безматричную диету

Hollow Knight: Silksong — песнь страданий и радостей. Рецензия

Фитнес-браслет HUAWEI Band 10: настоящий металл

Пять причин полюбить HONOR X8c

Источник изображения: MIT

Новое пустое обещание, скажите вы? Сколько было этих батарей — не перечесть. Тем не менее, Lamborghini получила патент на изобретение и намерена изучить вопрос производства перспективных аккумуляторов.

Судя по всему, от электрификации транспорта никто не собирается отказываться. В то же время ресурсы нашей планеты ограничены, и выпускаемые по современным технологиям аккумуляторы рано или поздно начнут испытывать дефицит по поставкам сырья. Кроме того, стратегическое для выпуска литиевых батарей сырьё добывается, преимущественно, в зонах социальной напряжённости в Африке. Прежде всего, это касается добычи кобальта, которая также уничтожает экологию вокруг шахт.

Использование кобальта и никеля в катодах литийсодержащих батарей позволяет поддерживать высокую ёмкость и плотность энергии в аккумуляторах. Многократные попытки заменить их другими материалами особыми успехами не увенчались. По крайней мере, дальше лабораторных проектов дело не пошло. Ещё сложнее оказалось заменить эти металлы органическими соединениями. Высокая способность органических веществ растворяться в электролитах сильно сузила выбор. Наконец, связующие органические вещества полимеры занимали дефицитное место в составе электродов батарей и тем снижали их ёмкость.

По утверждению команды MIT во главе с профессором Мирчем Динкэ (Mircea Dincă), учёным удалось подобрать для катодов литийсодержащих аккумуляторов как органический материал с высокой пропускной способностью по току и ёмкости, так и связывающий органику полимер, которого понадобилось совсем немного.

«Я думаю, что этот материал может оказать большое влияние, потому что он действительно хорошо работает, — сказал Мирча Динкэ. — Разработка уже конкурентоспособна по сравнению с существующими технологиями, и это может значительно снизить затраты, страдания и экологические проблемы, связанные с добычей металлов, которые в настоящее время идут в аккумуляторы».

Новый материал для катодов состоит из множества слоёв бис-тетраамин бензохинона (TAQ). По своей организации это вещество напоминает графит — популярный для изготовления электродов материал. Внутри кольцеобразных молекул этого вещества помещаются хиноны и амины. Хиноны накапливают электроны, а амины создают прочные водородные связи, что препятствует растворению вещества катодов в электролите.

Испытания этого материала показали, что его проводимость и ёмкость в составе аккумулятора сравнимы с проводимостью традиционных кобальтосодержащих аккумуляторов. Кроме того, аккумуляторы с TAQ-катодом могут заряжаться и разряжаться быстрее, чем существующие аккумуляторы, что может ускорить скорость зарядки электромобилей.

Редакция журнала MIT Technology Review Массачусетского технологического института составила список из 10 наиболее важных технологий, которые сильнее всего повлияют на жизнь и деятельность человечества в 2024 году. В этом им можно доверять. Учёные MIT сами погружены во многие прорывные научные процессы и если не возглавляют их, то идут в первых рядах.

Пять причин полюбить HONOR X8c

Hollow Knight: Silksong — песнь страданий и радостей. Рецензия

Пять причин полюбить HONOR Pad V9

HUAWEI FreeArc: вероятно, самые удобные TWS-наушники

Пять причин полюбить HONOR Magic7 Pro

Обзор умных часов HUAWEI WATCH 5: часы юбилейные

Почему ИИ никак не сесть на безматричную диету

Фитнес-браслет HUAWEI Band 10: настоящий металл

Источник изображений: MIT Technology Review

На первое место в предсказании выведен искусственный интеллект для всего. Миллиарды людей уже познакомились с ChatGPT и другими большими языковыми моделями, а также с десятками специализированных нейросетей. Всего за год с небольшим они изменили мир, насытив информационное пространство умными помощниками для подсказок, составления текстов, рисования и создания видеоряда. Можно не сомневаться, что взрывной интерес к ИИ и продуктам на его основе, а также развитие этих продуктов, будет стремительно продолжаться весь 2024 год.

Вторую позицию по важности для всех нас специалисты MIT оставили за сверхэффективными солнечными фотоэлементами. Солнечная энергия уже прочно утвердилась на Земле и в некоторых регионах даже бросила вызов ископаемым источникам получения энергии, например, превысив долю в 50 % в энергетике Китая. Чего не хватает фотовольтаике — так это роста КПД. Сегодня массовые фотоячейки работают в районе 20 % КПД, а хотелось бы большего. В MIT считают, что в 2024 году фотоячейки с перовскитом начнут своё распространение и обеспечат повышение эффективности коммерческим солнечным панелям.

Третье место в списке потенциально прорывных вещей 2024 года специалисты отдали гарнитуре Apple Vision Pro. Поставки новинки ценой $3500 стартуют 2 февраля. Это не первая попытка вывести в люди гарнитуру смешанной реальности. Будет ли она встречена на ура или канет в небытие — скоро мы это узнаем. Обещаний дано много. Однако без широкой программной поддержки и массы полезных и ценных приложений гарнитура мало чего будет стоить, а по карману она будет далеко не каждому.

На здоровье широких масс населения обещают оказать решительное влияние разработки, поставленные на четвёртое место. Это препараты, спасающие от ожирения. Всемирная организация здравоохранения назвала глобальный рост ожирения эпидемией. Новые лекарства, такие как Mounjaro и Wegovy уже показали свою эффективность против этого «недуга». Более того, у них обнадёживающее побочное влияние — есть данные, что эти препараты могут даже защитить от сердечных приступов и инсультов. Несомненно, готовы появиться и другие подобные препараты, что поможет охватить больше людей и помочь им.

На пятом месте разместились новейшие технологии по использованию геотермальной энергии. Тепло недр Земли используется не первое десятилетие, но все задействованные методы и инструменты — это лишь первое касание возможностей. Очевидно, что более сложные методы бурения и прокладки труб помогут получать тепло и энергию даже там, где раньше это считалось невозможным.

Чиплеты тоже попали в список наиболее прорывных технологий нового года. Наши читатели наверняка знают о них не меньше специалистов MIT. На нашем сайте регулярно публикуются новости и материалы на тему сборки больших чипов и процессоров из нескольких кристаллов меньшего размера. Это позволяет относительно простыми средствами увеличить функциональность процессоров и продолжить работу закона Мура. В ближайшем будущем чиплеты — это единственный путь создавать всё более мощные и сложные решения.

Седьмая прорывная разработка — это создание «лекарства» на основе редактирования генов. В конце 2023 года подобное лекарство впервые было разрешено к использованию на людях в полном объёме. Прорыв совершила компания Vertex, получившая разрешение на использование своих «генетических ножниц» для лечения серповидно-клеточной анемии и трансфузионно-зависимой бета-талассемии. За этим шагом последуют другие, благо технология доказала свою работу и эффективность.

Продолжение масштабирования суперкомпьютеров тоже попало в список прорывных технологий. На самом деле это проблема. Современные системы потребляют настолько много энергии и так сложны в управлении, что дальнейшее масштабирование производительности — это довольно нетривиальная задача во всех смыслах. Но мы смогли! Суперкомпьютеры преодолели планку в один эксафлопс и устремились в будущее, в котором моделирование климата, ядерных реакций и многого другого будет проводиться быстрее и с меньшими затратами.

Тепловые насосы признаны девятой важнейшей технологией, которая поможет человечеству оставаться в комфорте и не загрязнять мир. Это почти кондиционеры, но работающие несколько по другому принципу. За счёт электрической энергии тепловые насосы могут обогревать помещения с минимальными затратами энергии даже в лютый мороз. Продажи тепловых насосов выросли по всему миру, а в США они впервые превзошли газовые печи. Интересно, что в Германии всякое новое жилище с прошлого года по закону должно отапливаться электрическим тепловым насосом. Сюрпризом стало повышение оплаты за такие услуги на 15 % с января 2024 года. Так что компромиссы ещё искать и искать.

Десятым важным фактором влияния на жизнь в 2024 году в MIT считают вероятное появление множества конкурентов у социальной сети X (бывшей Twitter). По мнению специалистов, купивший эту социальную сеть Илон Маск проявил себя деспотом и безответственным руководителем, что отпугнуло пользователей и рекламодателей. Поэтому центральное место этой сети в мире социальных сетей фактически разрушено и готово появиться множество её «убийц», например, в лице уже запущенных сетей Bluesky и Threads.