Керамическое вещество REBCO, подвешенное в воздухе на расстоянии около половины сантиметра над медной полосой, демонстрирует удивительные свойства. Если прикоснуться к нему пальцем, оно останется неподвижным, а если толкнуть, начнет вращаться, практически не замедляясь.
REBCO относится к классу сверхпроводников — материалов с околонулевым электрическим сопротивлением. Однако большинство сверхпроводников требуют экстремально низких температур для проявления своих уникальных свойств. Особенностью REBCO является то, что он приобретает сверхпроводимость при температуре около минус 200°C (минус 328°F), что соответствует температуре жидкого азота. Это делает его намного более полезным материалом.
Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП), такие как REBCO, привлекают ученых, работающих с магнитами, включая Грега Бриттлза, поскольку они играют ключевую роль в попытке превратить ядерный синтез в реальную энергетическую технологию.
Ядерный синтез уже много десятилетий обещает почти неограниченное количество электричества с нулевым содержанием углерода, однако до сих пор остается недоступным. Основная проблема заключается в создании и управлении процессом ядерного синтеза, который происходит в звездах, таких как Солнце, здесь, на Земле.
Решение этой задачи связано с использованием мощных магнитов. Как объясняет Грег Бриттлз, ведущий научный сотрудник компании Tokamak Energy: «Магниты на базе ВТСП позволяют нам работать с более сильными магнитными полями, чем когда-либо раньше, и делать это в более компактных устройствах».
Tokamak Energy недавно вошла в короткий список правительственного проекта Великобритании STEP (Spherical Tokamak for Electricity Production), который направлен на создание первой в мире практической демонстрации термоядерного реактора, подключенного к национальной электросети.
Для осуществления термоядерного синтеза необходимо создать плазму из тяжелых атомов, таких как дейтерий и тритий — изотопы водорода. Чтобы инициировать реакцию синтеза, требуется нагреть плазму до температуры, превышающей температуру Солнца в десять раз. Поскольку плазма обладает электрическим зарядом, любое соприкосновение с физической поверхностью приводит к ее немедленному охлаждению и разрушению.
Однако мощные магниты создают магнитную «бутылку» без физических стенок, которая способна удерживать, сжимать и вращать плазму, создавая условия для успешного протекания реакции термоядерного синтеза.
Главная трудность в осуществлении управляемого термоядерного синтеза заключалась в создании магнитных полей достаточной мощности и компактности для удержания раскалённой плазмы. Эту задачу учёные часто сравнивают с попыткой удержать желе температурой 100 миллионов °C (180 миллионов °F) в сетчатой структуре.
Традиционно токамаки, используемые для удержания плазмы, представляли собой огромные и дорогостоящие машины, поскольку требовали больших магнитов и сложных систем охлаждения, поддерживающих их при температурах, сравнимых с холодом космического пространства.
Однако благодаря использованию высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), таких как REBCO, учёные, включая Грега Бриттлза, рассчитывают уменьшить размеры и стоимость токамаков, сделав их сборку проще, а настройку и обслуживание — удобнее.
Тонкий слой REBCO, нанесённый на металлическую ленту из меди, многократно наматывается, образуя катушку, через которую пропускается ток силой 1000 ампер. Именно такая конструкция должна обеспечить требуемую мощность магнитного поля.
Грег демонстрирует DEMO-4 — прототип сферической магнитной бутылки, который вскоре пройдёт испытания. «Без сомнений, это самый совершенный магнит на основе ВТСП, созданный на сегодняшний день, и он даст нам больше знаний о правильном конструировании таких устройств, чем когда-либо ранее», — отмечает он.
DEMО-4 рассматривается как основа для создания STEP — установки, которая планируется к строительству на территории бывшей электростанции в Ноттингемшире. Ожидается, что STEP начнёт выработку электроэнергии к 2040 году.
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
