27 июня,Два сверхпроводящих магнита для термоядерного реактора китайской собственной разработки завершили техническую приемку и полные испытания параметров рабочего состояния. Это крупнейший в мире сверхпроводящий магнит с тороидальным полем термоядерного реактора и высокотемпературная сверхпроводящая центральная соленоидная катушка компактного термоядерного устройства.Этот шаг означает, что самые сложные ключевые компоненты в инженерной цепочке «искусственного солнца» успешно завершены, а испытанные на этот раз магниты на 100% локализованы от сырья и конструкционных материалов до оборудования и процессов.
Среди них высокотемпературная сверхпроводящая центральная соленоидная катушка является основным компонентом устройства для экспериментов по энергии компактного термоядерного синтеза (BEST). Его основная функция — индуцировать и управлять плазменным током, а также динамически регулировать форму удержания плазмы. Номинальный рабочий ток катушки составляет 46,5 кА, а максимальное рабочее магнитное поле 6 групп катушек достигает 19 Тесла.
По мнению команды из Института физики плазмы Китайской академии наук, чем выше магнитное поле, тем больше высокотемпературной плазмы можно удержать в ограниченном пространстве. Без этой катушки термоядерный реактор «не сможет загореться».
Устройство BEST планируется завершить к концу 2027 года, и оно продемонстрирует первый киловатт-час электроэнергии с помощью ядерного синтеза примерно в 2030 году.
Ученые уже проверили принцип управляемого ядерного синтеза, но настоящая проблема лежит на инженерном уровне. Чтобы создать искусственное солнце, топливо необходимо нагреть до сотен миллионов градусов Цельсия. Ни один материал не может выдерживать столь высокие температуры в течение длительного времени. На протяжении десятилетий ученые в основном полагались на сильные магнитные ограничения, которые «удерживают» плазму и не позволяют огненному шару удариться о стену или погаснуть.
Испытанная на этот раз полоска высокотемпературного сверхпроводника имеет настоящий функциональный сверхпроводящий слой толщиной всего в один микрон. Его необходимо обработать и согнуть, запихнуть в стальную трубу, а затем выдавить. Кажется, что он только меняет форму, но на самом деле он одновременно растягивается, сжимается и скручивается. Потеря контроля в любом процессе приведет к выходу материала из строя.
Руководитель группы Цинь Цзинган рассказал, что, когда он получил задание шесть лет назад, у него было всего два требования: повысить производительность и снизить цену. На тот момент еще было неизвестно, как будет определяться дизайн и откуда возьмутся материалы.После шести лет исследований не только были улучшены и стабилизированы характеристики, но и все исходное оборудование также было произведено внутри страны.
Тот же сверхпроводящий материал когда-то стоил 400 юаней за метр, но сейчас цена упала до 100 юаней.Что еще более важно, вес, размер и запас энергии этой катушки намного превосходят предыдущие характеристики. Вес одной катушки увеличился с 350 тонн до 580 тонн, а это означает, что энергетический масштаб будущих устройств также будет больше.
Цинь Цзинган признался, что прохождение теста на этот раз засчитывается только в 80%, а оставшиеся 20% еще нужно установить на устройство, а его стабильность работы и срок службы оцениваются в суровых условиях. Только пройдя испытание, можно по-настоящему завершить путь к высокотемпературной сверхпроводимости.
В последние годы «искусственное солнце» Китая ускоряет график обновления. В январе прошлого года полностью сверхпроводящее экспериментальное устройство токамак Eastern Super Ring (EAST) достигло стабильной работы плазмы с температурой 100 миллионов градусов по Цельсию в течение 1066 секунд, в очередной раз установив новый мировой рекорд.
Согласно общепринятому пути, управляемый ядерный синтез использует в качестве топлива дейтерий, извлеченный из морской воды. Энергия термоядерного синтеза одного литра морской воды эквивалентна 300 литрам бензина. Он практически не производит высокорадиоактивных ядерных отходов и не производит выбросов углекислого газа. В земных океанах содержится около 45 триллионов тонн дейтерия, которого при нынешних темпах потребления энергии человечеством может хватить на миллиарды лет, что эквивалентно неисчерпаемой энергии.