В MIT ще има нов термоядрен реактор тип токамак

През март месец т.г. на сайта на Масачузетския технологичен иститут ( MIT) се появи новина, че университетът съвместно с частната компания CFS ( Commonwealth Fusion Systems) започват съвместен проект за създаване на нова термоядрена установка – свръхпроводим токамак SPARC ( Soonest Possible Affordable Robust Compakt ). На този етап проектът ще се финасира с $ 50 млн. от италианския енергетически гигант ENI, като ще се търсят и нови инвевститори.

На пръв поглед принципът на работа е прост. Нужно е да се изсмуче от вакуумната камера въздуха и тя да се запълни със смес от изотопи на водорода ( най-добре деутерий и тритий,тъй като при термоядрена реакция с участието на ядра на тези изотопи имаме по-голямо ефективно сечение ). След това да се предизвика пробой в газовата смес чрез създаване на вихрово електрическо поле на тероидалната ос при помощ на индуктор . Нужно е чрез различни методи да се повиши плътността и температурата на плазмата, удържайки плазмения шнур от докосване до стените на камерата чрез мощно магнитно поле. Ако плътността и времето за задържането на енергията са достатъчни, то установката може да се разглежда като реактор, генериращ енергия. Но на практика изникват огромно количество проблеми, както инженерни, така и физични. В резултат на това, проект, който като модел и разчети излежда многообещаващ, може да се окаже на практика твърде сложен, за да бъде изгоден като реактор.

Теоретичният модел на MIT за създаването на токамак ARC с използване на свръхпроводими магнити

MIT има такъв теоретичен модел – токамак ARC ( affordable robust compact reactor ), в чиято магнитна система се използват високотемпературни свръхпроводници ( ВТСП ), позволяващи получаването на високи значения на интензитет на магнитното поле. Такива материали са открити през 1986 година от Георг Беднорц и Карл Мюлер, които проявяват свръхпроводимите си качества при температура по-висока от 77 келвина. Но за развитието на технология за получаване на свръхпроводници на базата на ВСТП бяха нужни повече от двадесет години и това не позволи те да бъдат внедрени в проекта ITER . В ARC се планира достигане на магнитно поле от 9,25 Тесла на оста на тороида ( за ITER този показател е заявен на ниво 5,3 Тесла ), като самата установка е няколко десетки пъти по-малка , отколкото ITER. Токамак с друга конфигурация , който също използва ВТСП, сега се конструира във Великобритания.

Още една новост е използването на течносолев бланкет ( «одеяло» )( зона, в която става поглъщането на термоядрените неутрони и произвеждането на тритий )от смес на литиеви и берилиеви флуориди (FLiBe). Тази смес може да се използва в качеството на топлоносител в ядерните реактори. Към другите достойнства на този термоядрен реактор можем да отнесем безиндукционното нагряване ( останалo е само вълновото нагряване ), което позволява да се увеличи горенето на плазмения шнур, а Q за ARC се планира да бъде на ниво 13,6.

Започва изграждането на прототип на ARC – SPARC

Но цялата задача по създаване на ARC реактора се оказа прекалено сложна и затова е възникнала идеята за създаване на промеждутъчен етап, в който влиза създаването на по-малък прототип на токамак ARC , наречен SPARC. Именно с неговото осъществяване се заел съвместен екип на MIT и частната компания CFS, оснoвана от випусници на MIT. Проектът е получил $ 50 млн. от италианския енергетически гигант ENI, от които $30млн. ще бъдат изхарчени в близките три години преди всичко за разработването на свръхпроводими магнити. Учените искат да се научат да работят с високотемпературни свръхпроводници, създадени на основата на оксид на итрий-барий-мед ( YBCO ), който се нанася на метална лента. Използването им ще позволи създаването на четири пъти по-силно магнитно поле от известните досега експериментални съоръжения и увеличаване на мощността на реактора до десет пъти при едни и същи размери.
Токамакът, които ще бъде създаден, е изчислен на 100 MW термоядрена мощност и Q приблизително равно на 3. Тази установка ще е 65 пъти по-малка от ITER, но мощността и ще бъде една пета от тази на ITER като при това магнитното поле на оста на тороида ще бъде около 12 Тесла.

Остава да се надяваме, че екипът от учени, зает в проекта, ще успее да преодолее проблемите от множеството отделни изследвания, посветени на различните инженерни и физични проблеми, които по всяка вероятност ще възникнат при създаването на тази установка. Във всеки случай, натрупаните знания и опит ще ни приближат към създаването на промишлен термоядрен реактор.

Ако експериментите със SPARC се окажат успешни, то този реактор може да послужи като прототип за създаване на промишлен термоядрен реактор с мощност от 200 MW. Учените от MIT и CFS са обнадеждени, че това може да се случи в обозрим срок от 15 години. Така ще може да се направи още една решителна крачка към опазването на нашата планета.

Източник