На шаг ближе к термоядерному синтезу: ученые протестировали магнит рекордной мощности (7 фото)

13 сентября 2021

Человечество стало на шаг ближе к термоядерному синтезу и, как следствие, чистой возобновляемой энергии: ученые протестировали магнит в 12 раз мощнее того, который используется в аппарате МРТ. Они рассчитывают на появление работающих реакторов синтеза уже к 2030-м годам. В отличие от современной технологии деления ядер, термоядерный синтез производит чистую возобновляемую энергию без токсичных отходов.

Магнит, который является самым мощным в мире высокотемпературным сверхпроводящим магнитом, разработали ученые Массачусетского технологического института (MIT) в сотрудничестве с американской компанией Commonwealth Fusion Systems (CFS), спонсируемой Биллом Гейтсом. Эксперимент прошел в Центре плазменных исследований и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс.

Этот эксперимент – весьма важное событие, поскольку ученым удалось создать магнитное поле, необходимое для процесса термоядерного синтеза, при очень малом затрате энергии. Магнит достиг 20 тесла, потребив всего 30 ватт энергии – для сравнения, медный магнит, который ранее испытывали в MIT, потреблял 200 миллионов ватт.

Визуализация SPARC, компактного высокопольного токамака, который разрабатывают ученые Массачусетского технологического института и компания Commonwealth Fusion Systems.

Ожидается, что когда команда Массачусетского технологического института применит этот новый магнит для создания первого термоядерного реактора (токамака), то он будет генерировать больше энергии, чем используется для его запуска и работы. А значит, токамак достигнет «чистой энергии», что делает этот тест важной ступенью на пути к созданию так называемого «Солнца на Земле» и появлению безопасной и возобновляемой энергии.

Как работает термоядерный синтез:

Небольшое количество дейтерия и трития (водорода) вводят в большую вакуумную камеру, называемую токамаком. Водород нагревается до тех пор, пока не превратится в ионизированную плазму, похожую по форме на облако. Затем гигантские сверхпроводящие магниты, встроенные в токамак, ограничивают и формируют ионизированную плазму, удерживая ее от металлических стенок.

Когда водородная плазма достигает 150 миллионов градусов Цельсия – в десять раз горячее ядра Солнца, – происходит синтез. В реакции синтеза крошечное количество массы преобразуется в огромное количество энергии (E = mc2).

Нейтроны сверхвысокой энергии, образующиеся при синтезе, покидают магнитное поле и ударяются о металлические стенки камеры токамака, передавая свою энергию стенкам в виде тепла. Некоторые нейтроны реагируют с литием в металлических стенках, создавая больше тритиевого топлива для синтеза.

Вода, циркулирующая в стенках токамака, получает тепло и превращается в пар. В промышленном реакторе этот пар будет приводить в действие турбины для производства электроэнергии.

В мире идет настоящая гонка за создание жизнеспособной термоядерной энергии, и ИТЭР (проект международного экспериментального термоядерного реактора) уже прошел примерно 75% пути. ИТЭР надеется достичь чистой энергии к 2026, когда закончит строительство магнитов для своего токамака – при этом проект ИТЭР не будет самостоятельно продавать энергию, а скорее предлагает дизайн для будущих термоядерных реакторов, которые можно будет использовать во всех странах-участницах.

Однако ученым Массачусетского технологического института удалось создать магнит, который создает магнитное поле вдвое больше, чем магнит ИТЭР, и при этом он в 40 раз меньше. Ученые из Массачусетского технологического института и Commonwealth Fusion Systems заявили, что устройство может быть готово для повседневного использования уже в начале 2030-х годов.

Сторонники термоядерного синтеза говорят, что, в отличие от существующих реакторов деления, реакторы синтеза предлагают чистую и практически безграничную энергию. Ученые пытаются добиться этого уже почти целое столетие.

Теперь, когда магнитная технология успешно продемонстрирована, MIT и CFS находятся на пути к созданию первого в мире устройства термоядерного синтеза, которое может создавать и удерживать плазму, производящую больше энергии, чем она потребляет.

Ученые планируют завершить демонстрационную модель этого устройства под названием SPARC в 2025 году.