НовостиТехнологии

Сферический термоядерный реактор достигает температуры, необходимой для коммерческой эксплуатации

Это первый в мире сферический токамак: St-40 компании Tokamak Energy достиг температуры плазмы в 100 миллионов градусов по Цельсию, что является порогом, необходимым для коммерческой термоядерной энергии. Это также самая высокая температура, которую когда-либо достигал токамак, финансируемый из частных фондов. Компания Tokamak Energy планирует ввести в эксплуатацию первую в мире термоядерную установку в начале 2030-х годов.

Несколько государственных лабораторий уже сообщили о температуре плазмы, превышающей 100 миллионов градусов в обычных (торических) токамаках. 21 декабря Объединенный Европейский Тор, крупнейший токамак в мире, например, смог поддерживать температуру плазмы в 150 миллионов градусов по Цельсию в течение 5 секунд. Но это гораздо более компактное термоядерное устройство, называемое сферическим токамаком. "Мы гордимся тем, что достигли этого прорыва, который еще на один шаг приближает нас к тому, чтобы обеспечить мир новым, безопасным, безуглеродным источником энергии", — сказал Крис Келсалл, генеральный директор компании Tokamak Energy.

Сферический токамак имеет гораздо более узкий центральный соленоид, чем обычный токамак. Магниты расположены иначе: они встречаются в центре камеры реактора и, таким образом, находятся гораздо ближе к потоку плазмы; используемые магниты меньше, потребляют меньше энергии, но генерируют более сильные магнитные поля. В частности, ST-40 компании Tokamak Energy основан на высокотемпературных сверхпроводящих магнитах (HTS), которые способны работать при температуре от -250 °C до -200 °C - примерно как температура жидкого азота, что означает возможность сохранения холода при меньших затратах.

Оптимальная форма плазмы, более сильные магнитные поля

В 1980-х годах один из основателей Tokamak Energy Алан Сайкс, работавший в то время в Кулхэмском центре термоядерной энергии, провел теоретическое исследование, которое показало, что изменение формы токамака повлияет на его производительность: при переходе от плазменного кольца в форме пончика (типичного для тороидального токамака) к плазменному кольцу в форме яблока плазма удерживается более эффективно. Эта концепция сферического токамака была объединена с улучшенным магнитным удержанием, обеспечиваемым магнитами HTS.

Поперечное сечение сферического реактора токамак.

Магнитные поля необходимы для работы токамака: именно они удерживают электрически заряженные частицы плазмы. Для генерации этих магнитных полей компания Tokamak Energy использовала магниты HTS, изготовленные из смешанных оксидов бария, меди и редкоземельных металлов, изготовленные в виде узких полос толщиной менее 0,1 мм. Намотанные на катушки, они создают гораздо более высокие магнитные поля, занимая при этом меньше места, чем традиционные сверхпроводящие магниты. Кроме того, они могут работать при несколько более высоких температурах, что позволяет экономить энергию.

Крупный план реактора

Система компании состоит из 14 ветвей тороидального поля, центральной колонны и пары катушек полоидального поля. Комбинация двух полей ограничивает горячую плазму и удерживает ее на расстоянии от стенок вакуумной камеры. Центральная колонна содержит большой соленоид, который поддерживает ток в плазме для ее стабилизации. Катушки полоидального поля контролируют форму и положение горячей плазмы; отклоняющие катушки (центральная, верхняя и нижняя) растягивают плазму по вертикали и направляют ее выход в четко определенную область, из которой она может быть эффективно удалена.

Токамак, максимально приближенный к коммерческому термоядерному синтезу

Обратите внимание, что в ST-40 используется новая техника генерации и нагрева плазмы, называемая Merging Compression, которая не зависит от центрального соленоида. Этот метод предполагает образование плазмы вокруг двух катушек полоидального поля в сосуде, за которым следует событие магнитного пересоединения, после чего плазма может быть сжата, объясняет команда Tokamak Energy. Это позволяет достичь как высокого тока плазмы, так и высоких температур при плотностях, соответствующих термоядерному синтезу.

Сферические термоядерные реакторы меньше и экономичнее тороидальных токамаков, а плазма в них гораздо стабильнее. "В сочетании с магнитами HTS сферические токамаки представляют собой оптимальный путь к чистой и недорогой коммерческой термоядерной энергии", — говорит генеральный директор. Обе технологии достигли нового температурного рекорда, проверенного и подтвержденного независимым консультативным комитетом международных экспертов.

Основываясь на этом успехе, компания Tokamak Energy сейчас работает над реактором нового поколения - ST-HTS. Ожидается, что он будет введен в эксплуатацию около 2025 года и будет использоваться для демонстрации нескольких передовых технологий, необходимых для термоядерной энергетики, которые будут работать на первой в мире термоядерной установке, которую компания намерена запустить в начале 2030-х годов. Энергия ядерного синтеза была бы идеальным источником энергии, поскольку она безопасна, использует неисчерпаемые виды топлива, а в результате реакции не образуется углекислый газ или долгоживущие радиоактивные отходы. Сферические токамаки могут быстрее, чем их тороидальные собратья, привести к коммерческому использованию этой энергии.

Подписывайтесь на нас
Back to top button