Самый мощный магнит в мире создан для реактора ITER

Инженеры из США готовятся отправить первую часть самого мощного магнита в мире во Францию, где он поможет привести в действие будущий термоядерный реактор ITER.

Магнит, известный как центральный соленоид, составит сердце крупнейшего в мире термоядерного реактора ITER, что на латыни означает «путь».

В этом международном эксперименте участвуют 35 стран, и его цель — доказать возможность устойчивого термоядерного синтеза для получения энергии. В термоядерном синтезе более мелкие атомы сливаются, чтобы создать более крупные — реакция, которая высвобождает огромное количество энергии.

В полностью собранном виде центральный соленоид будет иметь высоту 18 метров и ширину 4,3 метра и будет способен создавать магнитное поле величиной 13 тесла, что примерно в 280000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли.

Это сделает его достаточно сильным, чтобы поднять в воздух целый танкер, который весит около 100 000 тонн.

Центральный соленоид состоит из шести отдельных модулей, которые будут размещены в центре реактора ITER. Весь магнит будет высотой с четырехэтажное здание и весит 1000 тонн.

Каждый отдельный модуль представляет собой большую катушку, содержащую около 5,6 км сверхпроводящего кабеля из ниобия и олова в стальной оболочке. Затем модуль подвергается термообработке в большой печи в течение нескольких недель для дальнейшего повышения его проводимости, после чего кабели изолируются, а катушка оборачивается для придания окончательной формы.

Согласно закону индукции Фарадея, электричество, проходящее через провод, создает магнитное поле, перпендикулярное проводу. Когда этот провод наматывается в круг, электрический ток создает круговое магнитное поле, и каждая катушка усиливает напряженность магнитного поля.

Центральный соленоид — это сердце реактора ITER, потому что он позволит ученым управлять обычно нестабильными реагентами ядерного синтеза.

ITER предназначен для выпуска небольшого количества испаренного дейтерия и трития, которые являются изотопами водорода или версиями одного и того же элемента с разными атомными массами, в большую вакуумную камеру в форме пончика, известную как токамак.

Токамак нагревает эти изотопы, превращая газ в плазму. Эта сверхгорячая плазма будет достигать температуры в 150 миллионов градусов по Цельсию , что в 10 раз горячее, чем ядро Солнца. При этой температуре атомы подвергаются синтезу (слиянию), выделяя большое количество энергии, которую можно использовать для создания электричества.

Ядерный синтез уже был реализован в нескольких реакторах токамаков, построенных еще в 1950-х годах, но он длился всего доли секунды. Чтобы ядерный синтез стал жизнеспособным вариантом для выработки электричества, эта реакция должна поддерживаться с постоянной скоростью, и для ее производства требуется меньше энергии, чем она генерирует.

Одно из самых больших препятствий на пути к устойчивому термоядерному синтезу — это сдерживание и управление плазмой внутри реактора.

Здесь и вступает в игру центральный соленоид — самый мощный магнит в мире. По словам ученых, теоретически создаваемое им мощное магнитное поле будет удерживать высокотемпературную плазму внутри токамака и поддерживать реакцию термоядерного синтеза.

Почему так важен термоядерный синтез?

Устойчивый термоядерный синтез может открыть дверь к неограниченным возобновляемым источникам энергии, что сократит выбросы углерода, возникающие при сжигании ископаемого топлива, которое способствует изменению климата.

«Термоядерный синтез — один из немногих потенциальных вариантов крупномасштабного безуглеродного производства энергии», — говорят ученые. «Он предлагает безопасный, чистый, постоянно работающий ресурс, который не производит выбросов или долгоживущих отходов».

ITER — важный шаг в этом направлении, который продемонстрирует физику и технологии на пути к будущим термоядерным электростанциям.