Американские учёные разработали компактные сверхпроводящие магниты для небольших термоядерных реакторов

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.