MIT проправи пътя за евтина термоядрена енергия с пробив в производството на свръхпроводящи магнити (снимка: MIT)
Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) разработват нови електромагнити, базирани на високотемпературна свръхпроводимост, които се считат за най-големия пробив по пътя към създаване на търговски жизнеспособни термоядрени реактори през последните 30 години.
Първите тестове на мащабен прототип на високотемпературен свръхпроводящ електромагнит са проведени на 5 септември 2021 г. в лабораториите на MIT и термоядрения център (PSFC), но резултатите бяха публикувани едва сега, след получаване на патентите. Устройството с тегло около 9 тона създава електромагнитно поле със сила 20 тесла. Дизайнът на електромагнита е разработен от нулата на базата на нови принципи, а мащабните тестове трябваше да потвърдят правилността на изчисленията, моделите и самата идея, която по онова време беше изключително новаторска.
Преди тази разработка електромагнитите вече можеха да създават полета с необходимата интензивност, за да поддържат плазмата, нагрята до 100 милиона °C, изолирана от стените на работната камера. Ефективността на такива системи обаче беше далеч от изискванията за рентабилност. Учените от MIT и специалисти от Commonwealth Fusion Systems успяха да създадат електромагнити, които са много по-компактни и по-евтини за производство и поддръжка, с впечатляваща енергийна ефективност.
„За една нощ това на практика промени цената на ват на термоядрения реактор с почти 40 пъти”, заявиха участниците в експеримента, цитирани от MIT News. „Сега термоядреният синтез има шанс. Най-широко използваният дизайн на експериментални устройства за синтез може да стане икономичен, защото се появи скокообразна промяна в тази област”. Именно способността за значително намаляване на размера и цената на обектите би направила ядрения синтез възможен.
Една от тайните на успеха на новия дизайн на електромагнитите е отказът да се изолират проводниците в намотките на бобината. Невероятното е, че учените са използвали голи проводници в намотката, без да се страхуват от повреда или късо съединение. Ефектът на свръхпроводимост създава такива условия в намотките, че късото съединение между навивките може да бъде пренебрегнато.
Експериментът потвърждава правилността на избора. Електромагнитната бобина остава надеждна и много по-малка като размер, като цена и по отношение на общия размер на реактора.
За намотка е избран високотемпературният свръхпроводник REBCO – това е редкоземен барий-меден оксид, който позволява постигане на свръхпроводящ ефект при температура от 20 K – това е 16 K над нормалната свръхпроводимост, което променя правилата на играта въпреки привидно малката разлика в дълбочината на охлаждане. Един електромагнит изисква 300 км REBCO лента. Само си представете колко спестяване на място в намотката е възможно чрез премахване на изолацията на този проводник.
MIT не разкрива доставчика на този проводник. По-късно, по време на изпитания на магнита при критични условия, теоретичните модели на неговото поведение са тествани до частично разрушаване (топене на намотката). Това е важно за подобряване на дизайна и тестване на работните характеристики на електромагнитите за използване в бъдещи термоядрени реактори.
Публикуването на няколко статии за разработката в мартенския брой на IEEE Xplore стана възможно след получаване на патенти за дизайна на електромагнитите и принципите на тяхната работа. Изследването ни доближава до момента, в който създадено от човека “Слънце” може да светне на Земята, а енергията в електрическите мрежи ще стане безкрайна и практически чиста.