В среднем одна молния производит 300 миллионов вольт и 30 000 ампер электрического тока. Возникает вопрос: какой сценарий потребует генератора, способного создать энергию, эквивалентную 800 молниям? Это не генератор, к которому можно подойти с канистрой бензина, и не тот, который можно использовать в качестве домашнего резерва в случае отключения электроэнергии, и это даже не что-то необходимое для подачи промышленных объемов энергии — рассматриваемый генератор выходит далеко за рамки этого и переходит в область применения ядерного синтеза.
Ядерный синтез часто называют силой будущего. По сути, ядерный синтез — область, в которой в последнее время произошли крупные прорывы — это тот же процесс, который питает Солнце. Генератор Маркса (IMG) с согласованным импедансом на Титане представляет собой экспериментальную систему импульсного питания исследовательского уровня, предназначенную для создания сверхинтенсивных электрических разрядов. Это одна из сопутствующих технологий, помогающая реализовать мечту о ядерном синтезе.
Как мы узнаем позже, он основан на генераторе Маркса, технологии, которой более ста лет. Его потенциальные применения простираются от исследований в области термоядерного синтеза, передовых испытаний материалов и даже исследований в области национальной безопасности. Это передовой образец электротехники, который работает на пределе возможностей электрических систем.
Что такое генератор Маркса с согласованным импедансом?
Начнем с ошеломляющего факта: за 100 наносекунд генератор Титана потребляет больше энергии, чем Нью-Йорк, Дубай, Токио и Шанхай вместе взятые. Всего за эту долю секунды этому зверю требуется больше энергии, чем четырем самым энергоемким городам на планете. Это действительно экстремальная инженерия, но что такое IMG? Хотя Эрвин Маркс, возможно, не так известен, как такие влиятельные изобретатели, как Никола Тесла, он все же изобрел генератор, носящий его имя. Он разработал первый генератор Маркса в 1924 году. Принцип, лежащий в основе этой идеи, удивительно прост. Низкое напряжение используется для зарядки батареи конденсаторов, которые затем последовательно высвобождают накопленное электричество для генерации импульсов высокого напряжения. По сути, это тот же принцип, что и надувание воздушного шара, а затем выпуск всего воздуха за один раз.
IMG предназначены для оптимизации подачи энергии. Как следует из названия, IMG согласовывают выходное сопротивление с сопротивлением нагрузки. Этот подход имеет ряд преимуществ перед «традиционными» генераторами Маркса. Начиная с архитектуры, IMG снижает потребность в дополнительном оборудовании для сжатия импульсов. Это не только упрощает конструкцию, но и повышает энергоэффективность генератора (что тоже неплохо, учитывая, что потребляемая мощность составляет 100 наносекунд). Кроме того, особенность генератора «согласование импеданса» гарантирует, что большая часть накопленной энергии достигнет своей цели. Фактически, правильное согласование импедансов позволяет повысить эффективность передачи энергии до 90%, что делает их намного более эффективными, чем обычные генераторы Маркса.
Доставка титанического количества энергии
Генератор Titan производится компанией Fuse Energy Technologies, расположенной в Делавэре. Компания заявляет, что ее миссия состоит в том, чтобы ускорить наш переход к термоядерной энергии и гарантировать, что Америка и ее союзники сохранят свою актуальность в этой области. Титан является важной частью этой дорожной карты. В частности, Fuse Energy намерена соединить шестнадцать модулей Титана параллельно, чтобы создать объект, получивший название «Z-Star». Компания называет этот объект «промежуточным объектом импульсной энергетики следующего поколения (NGPP)» и надеется, что это позволит ей расширить свою коммерческую и правительственную клиентскую базу.
Хотя экспериментальные результаты описывают шестиступенчатую версию, обеспечивающую пиковую мощность 330 ГВт, ожидается, что полный 14-ступенчатый Титан достигнет мощности в тераватт. Чтобы дать некоторый контекст относительно того, сколько это на самом деле энергии, стоит отметить, что в апреле 2024 года вся мощность ветрогенерации в США составляла 150,1 ГВт, а самая большая установленная ветряная турбина вырабатывает всего 15 мегаватт. Хотя основная идея генератора Маркса относительно проста, Titan IMG совсем не таков. Для производства таких экстремальных импульсов 22-тонный Титан состоит из более чем 40 000 деталей, использует 5 283 галлона (20 000 литров) масла и постоянно циркулирует 169 галлонов (640 литров) деионизированной воды. Результат всех этих технологий? Ультрасовременный генератор, который одним выстрелом может обеспечить энергию, эквивалентную энергии более чем 800 молний, выстреливающих одновременно, и машину, которая, как надеется Фьюз, будет способствовать будущим исследованиям в области термоядерной энергии.
