 Достижения в магнитной технологии позволили исследователям из Массачусетского технологического института предложить новый дизайн для практического компактного термоядерного реактора - и он может быть реализован в течение всего лишь десяти лет, по их словам. Эпоха практической термоядерной энергии, которая может предложить почти неисчерпаемый источник энергии, может настать очень скоро.
Использование новых коммерчески доступных сверхпроводников, а именно сверхпроводящих пленок оксида бария меди, позволит производить высокомагнитные катушки. Сильное магнитное поле позволяет произвести необходимую магнитные удержания сверхгорячей плазмы – рабочего материала для реакции синтеза - но в гораздо меньшем устройстве, чем ранее представлялось. Уменьшение размера, в свою очередь, делает всю систему более дешевой и быстрой для построения, а также позволяет использовать некоторые новые изобретательные функции в конструкции силовой установки. Предлагаемый реактор использует геометрию токамака (форму пончика), которая ранее была широко изучена.
Новый реактор предназначен для фундаментальных исследований по синтезу, а также в качестве потенциального прототипа электростанций, которые могут производить значительное количество энергии. Основная концепция реактора и его связанных элементов основана на хорошо испытанных и проверенных принципов, разработанных в течение десятилетий исследований в Массачусетском технологическом институте и во всем мире.
Более высокое магнитное поле позволяет достичь гораздо более высокой производительности. Ядерная реакция подобная той, которая происходит на Солнце, включает в себя слияние пар атомов водорода, чтобы сформировать гелий, что сопровождается огромными выпусками энергии. Самой сложной частью было удержание сверхгорячей плазмы (формы электрически заряженной газа) при ее нагреве до сверхгорячих температур, сравнимых с ядрами звезд. Эти магнитные поля очень важны - они эффективно удерживают тепло и частицы в горячем центре устройства.
В то время как большинство характеристик системы, как правило, изменяются в пропорции к изменениям в размерах, влияние изменений в магнитном поле на термоядерные реакции является гораздо более экстремальным: Удвоение магнитного поля будет производить 16-кратное увеличение в реакции синтеза.
В то время как новые сверхпроводники не производят достаточное удвоение магнитного поля, они достаточно сильны, чтобы увеличить термоядерную энергию примерно в 10 раз по сравнению с стандартной сверхпроводящей технологией. Это резкое улучшение приводит к каскаду потенциальных улучшений в конструкции реактора.
Самый мощный в мире термоядерный реактор планируется построить в Франции, и как ожидается, его строительство обойдется в около $40 млрд. Ученые оценивают, что новый дизайн, имеющий около половины диаметра французского реактора (который был разработан, прежде чем новые сверхпроводники стали доступны), будет производить примерно такое же количество энергии по более низкой стоимости и за более короткие сроки строительства. Но, несмотря на разницу в размерах и силе магнитного поля, предложенный реактор, называемый имеет точно такую же основу.
Другой ключевой прогресс в новой конструкции представляет собой способ снятие токопроводящей жилы из реактора тороидальной формы без демонтажа всего устройства. Это делает его особенно хорошо подходящим для исследований, направленных на дальнейшее совершенствование системы при использовании различных материалов или конструкций для точной настройки производительности.
Кроме того, новые сверхпроводящие магниты позволят реактору работать на устойчивом уровне, производя постоянную мощность, в отличие от современных экспериментальных реакторов, которые могут работать только в течение нескольких секунд без перегрева медных катушек.
Другим ключевым преимуществом является то, что большинство твердых материалов, используемых в таких реакторах, заменяются жидкими материалами, которые могут легко циркулировать и заменяться, что исключает необходимость в дорогих процедурах замены по мере того, как материалы со временем ухудшаются.
В настоящее время, согласно конструкции, реактор должен быть способен производить примерно в три раза больше электроэнергии, чем необходимо, чтобы обеспечить его работу, но конструкция может быть улучшено, чтобы увеличить эту долю до пяти или шести раз. Пока ни один термоядерный реактор не производил столько же энергии, сколько он потребляет, поэтому этот вид производства чистой энергии будет серьезным прорывом в технологии термоядерного синтеза.
Согласно исследователям, конструкция может привести к появлению реактора, который будет обеспечивать электроэнергией около 100000 человек. Устройства подобной сложности и размера ранее были построены в течение примерно пяти лет, по их словам.
|
