Магнит без изоляции создает возможность для устойчивых реакций ядерного синтеза

817

Один из многих способов, с помощью которых ученые работают над реализацией потенциала термоядерного синтеза как практически неиссякаемого и чистого источника энергии, заключается в использовании новых и улучшенных магнитов, которые удерживают поля плазмы для протекания критических реакций. Новый пример, представляющий «революционное изменение» в том, как изготавливаются эти компоненты, может стать ключевой частью головоломки, облегчая создание сверхгорячих и устойчивых потоков плазмы, необходимых для того, чтобы термоядерная энергия стала реальностью.

Магнит был разработан учеными Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) с прицелом на улучшение характеристик так называемых термоядерных реакторов токамак. Эти устройства в форме пончика предназначены для удержания круговых потоков плазмы, которые сплавляют вместе под экстремальным давлением и высокой температурой, постоянно высвобождая огромное количество энергии.

Но одной из многих трудностей в получении этих устойчивых потоков плазмы является угроза, которую они представляют для состояния центрального электромагнита, соленоида, генерирующего электрические токи и магнитное поле.

Энергетические субатомные частицы, называемые нейтронами, исходят из плазмы и могут разрушить изоляцию, покрывающую катушки проводов магнита, что снижает их производительность и долговечность.

«Если мы проектируем электростанцию, которая будет работать непрерывно в течение нескольких часов или дней, то мы не можем использовать существующие магниты», — сказал Юху Чжай, главный инженер PPPL и ведущий автор статьи, описывающей исследование.

«Эти установки будут производить больше высокоэнергетических частиц, чем нынешние экспериментальные установки. Магниты, производимые сегодня, не прослужат достаточно долго для будущих объектов, таких как коммерческие термоядерные электростанции».

Чтобы разработать свой новый тип магнита, ученые создали провода из ниобия и олова, которые были нагреты особым образом, чтобы сформировать новый тип сверхпроводника.

Этот новый материал проводки позволяет пропускать электрические токи при чрезвычайно низких температурах и с небольшим сопротивлением, что снижает потребность в изоляции. В результате проводка менее подвержена деградации и, по словам исследователей, предлагает другие улучшения с точки зрения производительности.

«Во время наших испытаний наш магнит производил около 83 процентов от максимального количества электрического тока, которое могут нести провода, — очень хороший показатель», — сказал Юху Чжай.

«Ученые обычно используют только 70 процентов пропускной способности сверхпроводящего провода по электрическому току при проектировании и создании мощных магнитов. А крупные магниты, подобные тем, которые используются в ИТЭР, международной термоядерной установке, строящейся во Франции, часто используют только 50 процентов».

Новый сагнит также считается более простым и дешевым в изготовлении, чем современные решения. А поскольку он может работать при более высоких плотностях тока, он может занимать меньше места внутри токамака, позволяя при этом генерировать более сильные магнитные поля.

«Это революционное изменение в том, как вы делаете электромагниты», — сказал Майкл Зарнсторфф, главный научный сотрудник PPPL.

«Создавая магнит только из металла и избавляясь от необходимости использовать изоляцию, вы избавляетесь от множества дорогостоящих шагов и уменьшаете количество возможностей неисправности катушки. Это действительно важная вещь».

Исследование было опубликовано в журнале Superconductor Science and Technology.
Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии