У 100 000 разів сильніший за поле Землі: Китай випробував найбільший у світі термоядерний магніт

Китай повідомив про важливий прорив у сфері керованого термоядерного синтезу. Вчені та інженери завершили випробування двох ключових надпровідних магнітних систем, необхідних для майбутніх термоядерних електростанцій. Найбільшу увагу привернув тороїдальний надпровідний магніт, який став найбільшим у світі серед аналогічних систем для реакторів синтезу.

Роботи проводилися в китайському місті Хефей силами Інституту фізики плазми Китайської академії наук. Саме там розташована значна частина дослідницької інфраструктури, пов’язаної з китайською програмою “штучного Сонця” та проєктом CRAFT (Comprehensive Research Facility for Fusion Technology).

Що саме вдалося випробувати

Китайські фахівці завершили приймання та перевірку двох критично важливих компонентів — тороїдального надпровідного магніту (Toroidal Field Magnet) та високотемпературної надпровідної центральної соленоїдної котушки (Central Solenoid Coil). За словами розробників, обидві системи успішно пройшли випробування на повних робочих параметрах, а їхні характеристики досягли або перевершили сучасний міжнародний рівень.

Гігантський магніт вагою понад 500 тонн

Найвражаючим елементом став тороїдальний магніт. Його характеристики: довжина — 21 метр; ширина — 12 метрів; висота — 3,3 метра; маса — близько 582 тонн. Для порівняння, цей магніт має об’єм приблизно у 1,3 раза більший за аналогічний магніт міжнародного реактора ITER, який будується у Франції. Крім того, він здатний накопичувати утричі більше енергії. Саме тому його називають найбільшим надпровідним магнітом для термоядерних реакторів, створеним на сьогодні у світі.

Навіщо потрібен цей магніт

Усередині токамака — установки для термоядерного синтезу — знаходиться плазма, розігріта до температур у сотні мільйонів градусів Цельсія. Це набагато гарячіше за ядро Сонця. Жоден матеріал не здатний безпосередньо контактувати з такою плазмою. Тому плазму утримують у повітрі потужними магнітними полями. Фактично цей магніт працює як невидима клітка, усередині якої “плаває” надгаряча плазма.

Дослідники оглядають платформу для тестування соленоїдної котушки у Центрі високотемпературної надпровідності в суботу. Фото: Xinhua / SCMP

Тороїдальний магніт створює основне кільцеподібне магнітне поле, яке утримує плазму в центрі реактора та не дозволяє їй торкатися стінок камери. Це зменшує втрати енергії, підвищує стабільність реакції синтезу та захищає внутрішні конструкції реактора від руйнування високоенергетичними частинками.

Чому його створення настільки складне

Надпровідний магніт повинен працювати десятиліттями в екстремальних умовах. Розробники зазначають, що система проєктується з розрахунком приблизно на 60 років експлуатації. При цьому вона має витримувати одночасно:

наднизькі температури;
струми величиною близько 100 тисяч ампер;
сильне нейтронне випромінювання;
величезні механічні навантаження;
потужні електромагнітні сили.

За словами китайських дослідників, після об’єднання 16 таких магнітів в єдину систему в центрі реактора формуватиметься магнітне поле індукцією приблизно 6,5 тесла. Це більш ніж у сто тисяч разів сильніше за магнітне поле Землі.

Другий ключовий елемент — “запалювач” реактора

Паралельно завершилися випробування високотемпературної надпровідної центральної соленоїдної котушки. Якщо тороїдальний магніт утримує плазму, то центральний соленоїд можна порівняти із запалюванням двигуна. Він генерує потужний струм усередині плазми та допомагає запускати термоядерний процес. Через це його часто називають “серцем” або “запалювачем” реактора. Китайські дослідники повідомили, що всі основні параметри цієї системи досягли міжнародного передового рівня.

Спецпроєкти

Окрему увагу китайські ЗМІ приділяють тому, що обидві магнітні системи були створені із застосуванням повністю національних технологій. За даними розробників, усі критично важливі технології були розроблені всередині країни, а рівень локалізації досяг 100%. Це означає, що Китай більше не залежить від іноземних постачальників у створенні таких надскладних компонентів для майбутніх термоядерних електростанцій.

Чому це важливо для майбутньої енергетики

Термоядерний синтез вважається одним із найперспективніших джерел енергії майбутнього. На відміну від традиційних атомних електростанцій, реактори синтезу не використовують ланцюгову реакцію поділу важких ядер. Натомість вони намагаються відтворити процеси, які відбуваються всередині Сонця, коли легкі атомні ядра зливаються між собою та вивільняють величезну кількість енергії.

Саме здатність стабільно утримувати надгарячу плазму вважається однією з найскладніших технічних проблем у всій галузі термоядерної енергетики. Тому створення рекордних надпровідних магнітів розглядається як один із ключових кроків на шляху до майбутніх комерційних термоядерних електростанцій.

Що це означає на практиці

Випробування не означають, що Китай уже побудував повноцінну термоядерну електростанцію. Проте країна продемонструвала, що здатна самостійно створювати одні з найскладніших компонентів для реакторів наступного покоління. Успішне тестування двох надпровідних магнітних систем зміцнює позиції Китаю в глобальних перегонах за створення першого економічно життєздатного термоядерного реактора та наближає реалізацію концепції практично невичерпного джерела чистої енергії.