Магніт без ізоляції створює можливість для стійких реакцій ядерного синтезу

Один з багатьох способів, за допомогою яких вчені працюють над реалізацією потенціалу термоядерного синтезу як практично невичерпного і чистого джерела енергії, полягає у використанні нових і поліпшених магнітів, які утримують поля плазми для протікання критичних реакцій. Новий приклад, що представляє «революційну зміну» в тому, як виготовляються ці компоненти, може стати ключовою частиною головоломки, полегшуючи створення надгорячих і стійких потоків плазми, необхідних для того, щоб термоядерна енергія стала реальністю.

Магніт був розроблений вченими Прінстонської лабораторії фізики плазми (PPPL) з прицілом на поліпшення характеристик так званих термоядерних реакторів токамак. Ці пристрої у формі пончика призначені для утримання кругових потоків плазми, які сплавляють атоми разом під екстремальним тиском і високою температурою, постійно вивільняючи величезну кількість енергії.

Але однією з багатьох труднощів в отриманні цих стійких потоків плазми є загроза, яку вони становлять для стану центрального електромагніту, соленоїду, генеруючого електричні струми і магнітне поле.

Енергетичні субатомні частинки, звані нейтронами, виходять з плазми і можуть зруйнувати ізоляцію, що покриває котушки проводів магніту, що знижує їх продуктивність і довговічність.

«Якщо ми проектуємо електростанцію, яка буде працювати безперервно протягом декількох годин або днів, то ми не можемо використовувати існуючі магніти», - сказав Юху Чжай, головний інженер PPPL і провідний автор статті, що описує дослідження.

"Ці установки будуть виробляти більше високоенергетичних частинок, ніж нинішні експериментальні установки. Магніти, вироблені сьогодні, не прослужать достатньо довго для майбутніх об'єктів, таких як комерційні термоядерні електростанції ".

Щоб розробити свій новий тип магніту, вчені створили дроти з ніобію і олова, які були нагріті особливим чином, щоб сформувати новий тип надпровідника.

Цей новий матеріал проводки дозволяє пропускати електричні струми при надзвичайно низьких температурах і з невеликим опором, що знижує потребу в ізоляції. В результаті проводка менш схильна до деградації і, за словами дослідників, пропонує інші поліпшення з точки зору продуктивності.

«Під час наших випробувань наш магніт виробляв близько 83 відсотків від максимальної кількості електричного струму, яке можуть нести дроти, - дуже хороший показник», - сказав Юху Чжай.

"Вчені зазвичай використовують тільки 70 відсотків пропускної здатності надпровідного проводу з електричного струму при проектуванні і створенні потужних магнітів. А великі магніти, подібні до тих, які використовуються в ІТЕР, міжнародній термоядерній установці, що будується у Франції, часто використовують тільки 50 відсотків ".

Новий сагніт також вважається більш простим і дешевим у виготовленні, ніж сучасні рішення. А оскільки він може працювати при більш високих щільностях струму, він може займати менше місця всередині токамака, дозволяючи при цьому генерувати більш сильні магнітні поля.

«Це революційна зміна в тому, як ви робите електромагніти», - сказав Майкл Зарнсторфф, головний науковий співробітник PPPL.

"Створюючи магніт тільки з металу і позбавляючись від необхідності використовувати ізоляцію, ви позбавляєтеся від безлічі дорогих кроків і зменшуєте кількість можливостей несправності котушки. Це дійсно важлива річ ".

Дослідження було опубліковано в журналі Superconductor Science and Technology.