Термоядерный пончик весом в полтонны: смелый шаг к энергии будущего

Компания OpenStar Technologies из Веллингтона преодолела важный рубеж в создании прототипа термоядерного реактора. Специалисты впервые запустили главный элемент будущей установки — гигантский магнит в форме тора массой более полутонны. Сотрудники компании между собой называют его "Джуниор".

В основу разработки легла концепция реактора с левитирующим диполем (LDR). В ней используются высокотемпературные сверхпроводники и передовые источники питания, встроенные непосредственно в парящий электромагнит.

Для питания "Джуниора" инженеры разработали и запатентовали особую технологию — "flux pump" (насос магнитного потока). Конструкцию магнита рассчитали таким образом, чтобы она могла противостоять гигантской сжимающей силе в 74 тонны, способной вызвать самопроизвольное разрушение устройства.

Около половины сверхпроводящего материала ReBCO задействовали во внутренних катушках, образующих центральную часть магнита. Остальные катушки разместили сверху и снизу конструкции. Инженеры уделили особое внимание защите области нулевого поля, где находятся встроенные источники питания.

Чтобы достичь сверхнизких рабочих температур, специалисты создали систему охлаждения с замкнутым гелиевым контуром. Она поддерживает криогенный режим во время периодической подзарядки, которая необходима из-за ограниченной емкости бортовых источников питания.

"Менее чем за два года мы спроектировали, собрали и испытали магнит, способный удерживать плазму с помощью насоса магнитного потока. Само по себе это уже серьезное достижение", — подчеркивают представители OpenStar Technologies.

"В классических термоядерных установках плазму удерживает неподвижная система сверхпроводников. В реакторе OpenStar Technologies сверхпроводники находятся внутри тороидального магнита, который левитирует в вакуумной камере. Силовые линии магнитного поля расходятся наружу, формируя вокруг магнита дипольную конфигурацию плазмы. "Природа создала похожую структуру — магнитосферу Земли", — поясняют разработчики."

Технология, реализованная с помощью насоса магнитного потока, помогает решить главную задачу термоядерного синтеза: воссоздать на Земле процесс, который питает энергией наше Солнце.

Магнит состоит из 14 неизолированных катушек на основе сверхпроводника ReBCO. В каждой катушке до 100 витков, где высокотемпературная сверхпроводящая лента чередуется со слоями паяльной пасты.

Для равномерного распределения припоя катушки помещают в печь с точным контролем температуры. Проверку качества проводят при температуре жидкого азота (77 К). Завершающий этап контроля выполняют методом конечно-элементного моделирования.

Катушки функционируют при силе тока 1440 ампер в температурном диапазоне 30-50 К. Они создают магнитное поле с максимальной индукцией 5,6 тесла и накапливают энергию 0,5 мегаджоуля.

"Такой напряженности магнитного поля пока недостаточно для промышленного термоядерного синтеза, но перед 'Джуниором' стоит другая задача. С его помощью мы отрабатываем технологию интеграции высокотемпературных сверхпроводящих источников питания в левитирующий дипольный магнит", — объясняют специалисты OpenStar Technologies.