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.
Схема реактора ITER – токамак с центральным соленоидом в центре и плазмой внутри камеры. (Изображение предоставлено ITER)
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.
Источник: