5 сентября 2021 года команда исследователей Массачусетского технологического института успешно протестировала высокотемпературный сверхпроводящий магнит, побив мировой рекорд по самой мощной напряженности магнитного поля, когда-либо созданной. Достигнув 20 Тесла (мера напряженности поля), этот магнит может оказаться ключом к разблокированию ядерного синтеза и обеспечению мира чистой, не содержащей углерода энергией.
Ядерный синтез уже несколько десятилетий является святым граалем чистой энергии, но его трудно расколоть. Современные атомные электростанции используют деление - расщепление атомов для производства электроэнергии. Это эффективно, но может быть опасно и оставляет после себя ядерные отходы длительного хранения, которые трудно и дорого хранить в безопасном месте. Ядерный синтез, с другой стороны, основан на объединении двух атомов вместе, чтобы создать больший. Именно такая реакция происходит на Солнце и звездах. При искусственном воспроизведении на Земле он гораздо менее подвержен катастрофическим взрывам, чем деление, и производит гораздо меньше радиоактивных отходов. Если коммерчески жизнеспособный термоядерный реактор удастся воплотить в жизнь, он может быстро стать источником энергии будущего.
Вот тут-то и появляется новый мощный магнит Массачусетского технологического института. Ядерный синтез происходит только при очень высоких температурах - плазма должна достигать температур, которые расплавили бы или разрушили любой материал, из которого люди могли бы построить реактор. Решение, предложенное еще в 1950-х годах, состоит в том, чтобы сдерживать плазму, не позволяя ей ни к чему прикасаться. Сильное магнитное поле может сделать именно это, создав искусственную "бутылку", в которой может произойти ядерный синтез.
Наиболее распространенной формой одной из этих магнитных бутылок является предмет, похожий на пончик, известный как токамак. Ученые Массачусетского технологического института надеются разместить свои новые мощные магниты в реакторе токамака и, сделав это, к 2025 году произвести чистый ядерный синтез (синтез, который производит больше энергии, чем использует).
Настоящая новаторская работа здесь - это не само слияние. Реакции искусственного синтеза производились и раньше. Проблема в том, что до сих пор для их запуска всегда требуется больше энергии, чем они производят (поддержание этих магнитных полей на уровне, достаточном для удержания плазмы, требует много энергии). Работая над улучшением магнитов, команда MIT надеется стать первой, кто, наконец, создаст реактор, который производит больше энергии, чем использует.
В предыдущих попытках создать реактор для синтеза использовались обычные медные электромагниты, а в последнее время - низкотемпературные сверхпроводники. Команда MIT и их коммерческий партнер, стартап под названием Commonwealth Fusion Systems (CFS), превзошли своих конкурентов, применив к магнитам новый сверхпроводящий материал: высокотемпературный сверхпроводник. Этот материал наносится в виде ленточной полосы, и это позволяет им создавать гораздо более сильное магнитное поле на гораздо меньшем пространстве. Для низкотемпературного сверхпроводника потребовался бы объем в 40 раз больше, чтобы достичь такой же напряженности поля.
Мартин Гринвальд, заместитель директора и старший научный сотрудник Центра исследований плазмы и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института, объяснил: «Ниша, которую мы заполняли, состояла в том, чтобы использовать обычную физику плазмы, обычные конструкции и технологии токамака, но привнести в нее эту новую магнитную технологию. Итак, нам не требовались инновации в полудюжине различных областей. Мы просто внедряли инновации связанные магнитом, а затем применили базу знаний, накопленную за последние десятилетия».
Благодаря успешному тестированию магнита на прошлой неделе эта стратегия, похоже, приносит свои плоды. В прошлом году в серии научных работ использовалось моделирование, чтобы предсказать, что если бы магнит работал правильно, то термоядерный реактор действительно должен был вырабатывать положительную термоядерную мощность. Теперь, когда успешное испытание магнита завершено, все, что осталось, - это изготовить всю систему (известную как SPARC), что должно занять около трех лет.
Если они добьются успеха, это может изменить мир. Как объясняет Мария Зубер, вице-президент Массачусетского технологического института по исследованиям, «Термоядерный синтез во многих отношениях является идеальным источником чистой энергии… Количество доступной энергии действительно меняет правила игры». Их конечная цель - обезуглероживание энергосистемы, замедление изменения климата и сокращение выбросов парниковых газов. Если им это удастся, то оно того стоило. «На данный момент никто из нас не пытается выиграть трофеи». Зубер сказала: «Мы пытаемся сохранить планету пригодной для жизни». Их рекордное магнитное поле в 20 Тесла может стать ключом к открытию ядерного синтеза и переломить ход борьбы с изменением климата.
MIT News
(Добавил: LifeMars)