Инженеры Центра плазмы и термоядерной энергии (США) разработали из высокотемпературного проводящего материала новый тип магнита. Им удалось построить магнит массой 9 тонн, генерирующий ровное магнитное поле мощностью чуть более 20 Тл — намного больше, чем любой другой магнит таких размеров.

Как показали проведенные испытания, по мощности и другим параметрам он соответствует требованиям, которые предъявляются к магнитам для реакторов термоядерного синтеза. При этом он позволяет снизить цену одного ватта энергии для термоядерного реактора почти в 40 раз.

Исследователи из MIT и частной компании Commonwealth Fusion Systems (CFS) опубликовали шесть научных статей, в которых описали конструкцию и процесс изготовления магнита, диагностическое оборудование, необходимое для оценки его производительности, а также выводы, которые сделали в ходе своей работы.

Они выяснили, что в целом прогнозы и модели были верны, и подтвердили, что уникальные элементы конструкции магнитов могут служить основой для термоядерных реакторов.

По словам директора Центра, профессора Денниса Уайта, успешное испытание магнитов — «самое важное, что произошло за последние 30 лет в исследованиях термоядерного синтеза». Прежде самые доступные сверхпроводящие магниты были достаточно мощными, чтобы достичь энергии синтеза — но только в том случае, если были настолько большими, что терялась экономическая эффективность их применения. Теперь же цена за один ватт энергии для термоядерного реактора резко упала почти в 40 раз, пишет MIT News.

«Теперь у [термоядерного] синтеза появился шанс», — сказал Уайт.

Реакция термоядерного синтеза, высвобождающая огромное количество энергии почти без радиоактивных отходов, требует чрезвычайно высоких температур и давления. Ни один материал, известный науке, не выдержал бы такого, поэтому топливо для реакции удерживают магнитные поля. Их создают сверхпроводящие магниты, которые раньше изготавливали из материала, требующего температуры 4 К (-270 °С). Недавно появился новый материал REBCO на основе оксида бария-меди, который позволил поднять температуру до 20 К.

Специалисты MIT и CFS переработали почти все основные принципы создания материалов для сверхпроводящих магнитов, чтобы получить совершенно новый, отличный от прежнего REBCO. Одно из важнейших его отличий — отсутствие изоляционного слоя вокруг тонких, плоских сверхпроводящих лент, образующих магнит. Изоляция защищала манит от замыканий между проводами, но изобретатели нового магнита решили обойтись без него, положившись на высокую проводимость.

В итоге инженерам удалось построить магнит массой 9 тонн, генерирующий ровное магнитное поле мощностью чуть более 20 Тл — намного больше, чем любой другой магнит таких размеров. Отсутствие изолирующего слоя серьезно упрощает и ускоряет процесс производства и оставляет место для других компонентов.

Испытания показали, что различные компьютерные модели, прогнозирующие производительность магнита в различных аспектах, по большей части согласуются с реальными измерениями. Разобрав магнит на части, исследователи установили, что большая его часть осталась неповрежденной, и только одна изолированная область оплавилась.