В 100 000 раз сильнее магнитного поля Земли: Китай испытал крупнейший в мире термоядерный магнит

Китай сообщил о важном прорыве в области управляемого термоядерного синтеза. Учёные и инженеры завершили испытания двух ключевых сверхпроводящих магнитных систем, необходимых для будущих термоядерных электростанций. Наибольшее внимание привлек тороидальный сверхпроводящий магнит, который стал крупнейшим в мире среди аналогичных систем для реакторов термоядерного синтеза.

Работы проводились в китайском городе Хэфэй силами Института физики плазмы Китайской академии наук. Именно там расположена значительная часть исследовательской инфраструктуры, связанной с китайской программой «Искусственное Солнце» и проектом CRAFT (Comprehensive Research Facility for Fusion Technology).

Что именно удалось опробовать

Китайские специалисты завершили приемку и проверку двух критически важных компонентов — тороидального сверхпроводящего магнита (Toroidal Field Magnet) и высокотемпературной сверхпроводящей центральной соленоидной катушки (Central Solenoid Coil). По словам разработчиков, обе системы успешно прошли испытания при полных рабочих параметрах, а их характеристики достигли или превзошли современный международный уровень.

Гигантский магнит весом более 500 тонн

Самым впечатляющим элементом стал тороидальный магнит. Его характеристики: длина — 21 метр; ширина — 12 метров; высота — 3,3 метра; масса — около 582 тонн. Для сравнения: объем этого магнита примерно в 1,3 раза больше, чем у аналогичного магнита международного реактора ITER, который строится во Франции. Кроме того, он способен накапливать в три раза больше энергии. Именно поэтому его называют крупнейшим сверхпроводящим магнитом для термоядерных реакторов, созданным на сегодняшний день в мире.

Зачем нужен этот магнит

Внутри токамака — установки для термоядерного синтеза — находится плазма, нагретая до температур в сотни миллионов градусов Цельсия. Это намного горячее, чем ядро Солнца. Ни один материал не способен непосредственно контактировать с такой плазмой. Поэтому плазму удерживают в воздухе с помощью мощных магнитных полей. Фактически этот магнит работает как невидимая клетка, внутри которой «плавает» сверхгорячая плазма.

Тороидальный магнит создает основное кольцеобразное магнитное поле, которое удерживает плазму в центре реактора и не позволяет ей соприкасаться со стенками камеры. Это уменьшает потери энергии, повышает стабильность реакции синтеза и защищает внутренние конструкции реактора от разрушения высокоэнергетическими частицами.

Почему его создание настолько сложно

Сверхпроводящий магнит должен работать десятилетиями в экстремальных условиях. Разработчики отмечают, что система проектируется с расчетом примерно на 60 лет эксплуатации. При этом она должна выдерживать одновременно:

• крайне низкие температуры;
• токи величиной около 100 тысяч ампер;
• сильное нейтронное излучение;
• огромные механические нагрузки;
• мощные электромагнитные силы.

По словам китайских исследователей, после объединения 16 таких магнитов в единую систему в центре реактора будет формироваться магнитное поле с индукцией примерно 6,5 тесла. Это более чем в сто тысяч раз сильнее магнитного поля Земли.

Второй ключевой элемент — «зажигатель» реактора

Одновременно завершились испытания высокотемпературной сверхпроводящей центральной соленоидной катушки. Если тороидальный магнит удерживает плазму, то центральный соленоид можно сравнить с запуском двигателя. Он генерирует мощный ток внутри плазмы и помогает запускать термоядерный процесс. Поэтому его часто называют «сердцем» или «зажигателем» реактора. Китайские исследователи сообщили, что все основные параметры этой системы достигли международного передового уровня.

Особое внимание китайские СМИ уделяют тому, что обе магнитные системы были созданы с использованием исключительно национальных технологий. По данным разработчиков, все критически важные технологии были разработаны внутри страны, а уровень локализации достиг 100%. Это означает, что Китай больше не зависит от иностранных поставщиков при создании таких сверхсложных компонентов для будущих термоядерных электростанций.

Почему это важно для энергетики будущего

Термоядерный синтез считается одним из самых перспективных источников энергии будущего. В отличие от традиционных атомных электростанций, реакторы синтеза не используют цепную реакцию деления тяжёлых ядер. Вместо этого они пытаются воссоздать процессы, происходящие внутри Солнца, когда лёгкие атомные ядра сливаются друг с другом и высвобождают огромное количество энергии.

Именно способность стабильно удерживать сверхгорячую плазму считается одной из самых сложных технических проблем во всей области термоядерной энергетики. Поэтому создание Создание сверхпроводящих магнитов рекордных характеристик рассматривается как один из ключевых шагов на пути к будущим коммерческим термоядерным электростанциям.

Что это означает на практике

Испытания не означают, что Китай уже построил полноценную термоядерную электростанцию. Однако страна продемонстрировала, что способна самостоятельно создавать одни из самых сложных компонентов для реакторов следующего поколения. Успешное тестирование двух сверхпроводящих магнитных систем укрепляет позиции Китая в глобальной гонке за создание первого экономически жизнеспособного термоядерного реактора и приближает реализацию концепции практически неисчерпаемого источника чистой энергии.

Источник: Interesting Engineering