Глядя на семиэтажное здание с термоядерным реактором проекта ИТЕР можно представить, что размер имеет значение. И всё же учёные не оставляют попыток уменьшить размеры термоядерных установок до каких-то вменяемых размеров, что по-настоящему сделает термоядерную энергетику экономически оправданной. Одно из таких направлений прокладывают в Массачусетском технологическом институте — это компактные сверхмощные сверхпроводящие магниты.
Разработчики считают, что наука сделала достаточно для создания коммерчески выгодных термоядерных реакторов на базе традиционных токамаков. На основе добытых знаний можно создать компактный термоядерный реактор. Всё что необходимо — это сделать намного более мощные электромагниты, чем те, которые сейчас выпускают. Это позволит удерживать разогретую до 100 млн и более градусов Цельсия плазму в небольших по объёму реакторах. В частности, созданные в MIT новые сверхпроводящие магниты должны в 40(!) раз уменьшить объёмы рабочих камер реакторов.
Идея разработчиков заключается в том, что традиционные сверхпроводящие магниты, например, задействованные в проекте ИТЕР, используют низкотемпературную сверхпроводимость (охлаждаются до температуры около -269 °C), а для кратного увеличения силы магнитного поля достаточно перейти на высокотемпературную сверхпроводимость. Простое повышении рабочей температуры магнитов позволит значительно усилить напряжённость поля без изобретения каких-либо уникальных технологий. Осталось только такой магнит сделать. И его сделали и даже испытали!
На днях в лаборатории MIT учёные совместно со стартапом Commonwealth Fusion Systems (CFS), который предложил идею нового магнита, испытали уникальный магнит для будущих компактных термоядерных реакторов. При охлаждении до температуры около -253,15 °C опытный магнит развил рекордную напряжённость магнитного поля, равную 20 тесла. Утверждается, что аналогов этому нет.
Для испытания концепции на базе 18 таких магнитов к 2025 году будет создан лабораторный термоядерный реактор SPARC. Его диаметр будет около 3 метров, но каждый электромагнит будет содержать 267 км специальной ленты из сверхпроводящих материалов, сложенных в 16 пластин D-образной формы. Утверждается, что новый материал в лентах (рулонах) недавно стал коммерчески доступный и это проложит путь к коммерциализации технологии.
Запуск лабораторного макета реактора в 2025 году должен будет продемонстрировать возможность вырабатывать больше энергии, чем поглощать на поддерживание реакции синтеза. На следующем этапе предполагается построить опытный реактор ARC с рабочей камерой вдвое большего диаметра — до 7 метров, но это всё равно будет в два раза меньше, чем у реактора ИТЕР. На проекте ARC, о котором было заявлено ещё в 2015 году, будет произведена добыча электричества с эффективностью больше единицы — до 3 или даже 6 крат.
«Ниша, которую мы заполняли, относится к тому, чтобы использовать обычную физику плазмы, обычные конструкции и инженерные решения токамаков, но привнести в них новую технологию магнитов, — говорят учёные. — Таким образом, нам не требовались инноваций в полудюжине различных областей. Мы просто внедрили инновации в магнит, а затем применили базу знаний, накопленных за последние десятилетия».
