В течение многих лет ученые пытались воспроизвести концепцию ядерного слияния — явление, которое поддерживает солнце и другие звезды — и превращает его в работающий реактор на Земле, который может обеспечить чистую и относительно безграничную энергию. Создание таких реакторов является огромной проблемой, но особый вид сверхпроводящего магнита может помочь решить проблему инфраструктуры и сделать их реальностью в ближайшие десятилетия.
В марте Национальная лаборатория Оук-Ридж объявила, что США сделали окончательную доставку компонентов магнитов, которые будут поддерживать центральный соленоид высотой 60 футов в основе международного термоядерного экспериментального реактора (ITER) во Франции. После полного собрания ITER продемонстрирует контролируемое ядерное слияние на уровне электростанции в течение нескольких минут. Центральный соленоид является ключевой частью этой реакции и должен быть связан с опорной структурой, состоящей из магнитных модулей, каждый из которых весит поразительные 121 тонны.
https://www.youtube.com/watch?v=Opzpjkz0rk0
Вся структура, построенная вокруг центрального соленоида, является чрезвычайно важной и должна быть собрана с точностью на уровне миллиметрового уровня. Кроме того, он должен быть чрезвычайно устойчивым, чтобы он мог обрабатывать огромную силу, генерируемую центральным соленоидом. Кевин Фрейденберг, технический директор инженерного техники в нас, говорит, что вертикальные силы, попавшие в модуль, могут быть вдвое больше, чем у космического ракетного двигателя в взлете.
Роль магнитов в энергии слияния?
Говорят, что 60-футовый центральный соленоид является сердцем Итера, а его шестой (и последний) компонент был собран в апреле. Но зачем вам нужен достаточно сильный магнит, чтобы поднять авианосца, когда проект по сути связан с использованием силы солнца? Центральным элементом ITER является машина, называемая Tokamak, которая требует сильных магнитных полей для управления сверхдушной плазмой, которая в конечном итоге приводит к реакции слияния для производства энергии.
Чтобы полностью понять важность магнитов, нужно вернуться к основам. В камере ядерного слияния топливо представляет собой смесь изотопов водорода (а именно дейтерий и триция). Затем в камере передается электрический ток для ионизации газообразной смесью, которая превращает ее в горячую плазму, что приводит к слиянию атомов (он же слияние) и выделяет огромное количество энергии. Но почему магниты можно задаться вопросом?
https://www.youtube.com/watch?v=5th4obusy64
Плазма горячая — примерно 150 миллионов градусов по Цельсию. По словам команды, стоящей за Итером, это примерно в десять раз горячее, чем ядро Солнца. Материал должен быть обработан с экстремальной осторожностью, а лучший способ сделать его-использовать магниты для создания поле, которое содержит эту супер-горячую плазму, а также контролирует его поток. Этот контроль достигается с использованием двух магнитных полей: тороидальное поле, генерируемое магнитными катушками, и «полоидальное» поле, созданное центральным соленоидом.
Почему энергия Fusion так важна?
Интересно, что центральный соленоид ITER является крупнейшим магнитом, когда -либо построенным с сверхпроводимыми свойствами. Магнитное поле, сгенерированное им, примерно в 280 000 раз выше, чем у естественного магнитного поля Земли. Что касается выходной энергии, то чистое усиление, предлагаемое реактором слияния, оценивается примерно в 500 мегаватт, в десять раз выше, чем входная мощность, необходимая для создания плазмы для инициирования атомного слияния.
Инициатива ITER — это совместное сотрудничество более 30 стран на нескольких континентах, но на самом деле это не коммерческий проект. Вместо этого, это скорее техническая демонстрация, которая докажет осуществимость контролируемого ядерного слияния в масштабе, которая может соответствовать или превышать выходные ядерные электростанции или те, кто сжимает ископаемое топливо.
https://www.youtube.com/watch?v=pmx6zujiivg
Тем не менее, технический проект такой величины — не простой подвиг. В прошлом году организация, стоящая за проектом, объявила, что ее первоначальная цель воспламенения плазмы в 2025 году не достижима. В настоящее время команда надеется достичь полного поколения в плазме в 2034 году, атомного слияния в 2035 году и срока эксплуатации 2039 года.
Преимущества, однако, намного перевесят задержки. По данным Международного агентства по атомной энергии, ядерное слияние будет производить в четыре раза больше энергии, чем деления на килограмм топлива, и в четыре миллиона раз больше энергии, чем сжигание угля или нефти. В дополнение к заполнению энергетических требований современной цивилизации, эксперты по обороне также надеются, что ядерное слияние будет ключом к превосходству воздуха в ближайшем будущем.
