После десятилетия проектирования и изготовления General Atomics готова отгрузить первый модуль центрального соленоида, самого мощного магнита в мире. Он станет центральным компонентом ITER — машины, воспроизводящей термоядерную энергию Солнца. ITER строят на юге Франции 35 стран-партнеров.
Миссия ITER — доказать, что энергия синтеза водорода может быть получена и управляема на Земле. Энергия термоядерного синтеза не содержит углерода, безопасна и экономична. Материалы, которые будут использовать синтез водорода в течение миллионов лет, легко найти в изобилии. Несмотря на проблемы, связанные с Covid-19, ITER построен почти на 75%. За последние 15 месяцев первые в своем роде массовые компоненты начали прибывать во Францию с трех континентов. Собранные вместе, они составят основу ITER, "солнце на земле", и позволят запустить термоядерный синтез в объемах пригодных для применения промышленных масштабах.
Проект ITER — это плод сотрудничества 35 стран-партнеров: Европейского Союза (плюс Великобритания и Швейцария), Китая, Индии, Японии, Кореи, России и США. Большая часть финансирования ITER поступает в виде произведенных компонентов. Эта договоренность побуждает такие компании, как General Atomics, расширять свой опыт в области футуристических технологий, необходимых для термоядерного синтеза.
Центральный соленоид, самый большой из магнитов ITER, будет состоять из шести модулей. Это один из крупнейших вкладов США в ITER. В собранном виде он будет иметь высоту 18 метров, ширину 4,25 метра и вес в тысячу тонн. Он вызовет мощный ток в плазме ITER, помогая формировать и контролировать реакцию термоядерного синтеза во время длительных импульсов. Его иногда называют "бьющимся сердцем" машины ITER.
Насколько мощный центральный соленоид? Его магнитная сила достаточно велика, чтобы поднять авианосец на 2 метра в воздух. По своей сути, он достигнет напряженности магнитного поля 13 Тесла, что примерно в 280 000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Опорные конструкции для центрального соленоида должны будут выдерживать силы, в два раза превышающие тягу при взлете космического челнока.
Ранее в этом году General Atomics (GA) завершила финальные испытания первого модуля центрального соленоида. На этой неделе он будет загружен в специальный тяжелый грузовой автомобиль для отправки в Хьюстон, где он будет размещен на океанском судне для отправки на юг Франции.
Каков следующий шаг?
Синтез водорода — идеальный метод получения энергии. Дейтериевое топливо легко доступно в морской воде, а единственным побочным продуктом является гелий. Подобно газовой, угольной или ядерной установке, термоядерная установка будет обеспечивать высококонцентрированную энергию базовой нагрузки круглосуточно. Однако термоядерный синтез не приводит к выбросам парниковых газов или долгоживущим радиоактивным отходам. Риск аварий с термоядерной установкой очень ограничен — при потере герметичности термоядерная реакция просто прекращается.
В декабре Консультативный комитет по наукам о термоядерной энергии Министерства энергетики США выпустил отчет, в котором излагается стратегический план научных исследований в области термоядерной энергии и плазмы на следующее десятилетие. Он предусматривает разработку и строительство опытно-промышленной установки по термоядерному синтезу к 2040 году.
В феврале этого года Национальные академии наук, инженерии и медицины (NASEM) опубликовали дополнительный отчет, в котором содержится призыв к агрессивным действиям по строительству экспериментальной электростанции. В отчете NASEM предлагается проект к 2028 году и экспериментальная установка термоядерного синтеза в 2035-2040 годах.
ITER («Путь» на латыни) — один из самых амбициозных энергетических проектов, когда-либо предпринимавшихся. На юге Франции коалиция из 35 стран сотрудничает в создании самого большого и мощного термоядерного устройства на токамаке. Экспериментальная кампания, которую предстоит провести в ITER, имеет решающее значение для подготовки будущего для термоядерных электростанций.
И инженерные идеи, и научные данные, полученные в ITER, будут иметь решающее значение для программы термоядерного синтеза в США. Как и в случае с другими членами, большая часть взносов США производится в натуральной форме. Такой подход позволяет странам-членам поддерживать отечественное производство, создавать рабочие места в сфере высоких технологий и развивать новые возможности в частном секторе.
ITER будет первым термоядерным устройством, производящим чистую энергию через плазму, а это означает, что реакция термоядерного синтеза будет генерировать больше тепловой энергии, чем энергия, необходимая для нагрева плазмы. ITER также станет первым термоядерным устройством, поддерживающим термоядерный синтез в течение длительных периодов времени. ITER будет генерировать 500 мегаватт энергии термоядерного синтеза, что более чем в 30 раз превышает текущий рекорд, достигнутый на токамаке JET в Великобритании.
У ITER будет много возможностей, которые выходят далеко за рамки нынешних токамаков. Хотя ITER не будет вырабатывать электроэнергию, он станет важным испытательным стендом для интегрированных технологий, материалов и физических режимов, необходимых для коммерческого производства электроэнергии на основе термоядерного синтеза. Уроки, извлеченные в ITER, будут использованы при проектировании первого поколения коммерческих термоядерных электростанций.
Магнит — это важный шаг?
Центр магнитных технологий компании General Atomics был разработан специально для производства центрального соленоида — самого большого и самого мощного импульсного сверхпроводящего электромагнита из когда-либо созданных — в партнерстве с US ITER.
Для создания магнитных полей в токамаке требуются три различных набора магнитов. Внешние катушки вокруг кольца токамака создают тороидальное магнитное поле, удерживая плазму внутри сосуда. Полоидальные катушки, набор колец, вращающихся вокруг токамака параллельно его окружности, контролируют положение и форму плазмы.
В центре токамака центральный соленоид использует импульс энергии для создания мощного тороидального тока в плазме, которая течет вокруг тора. Движение ионов с этим током, в свою очередь, создает второе полоидальное магнитное поле, которое улучшает удержание плазмы, а также генерирует тепло для синтеза. При токе 15 миллионов ампер плазменный ток ITER будет намного мощнее, чем все, что возможно в современных токамаках.
Сверхпроводящий материал, используемый в магнитах ITER, производился на девяти заводах в шести странах. 43 километра сверхпроводника из ниобия и олова для центрального соленоида были изготовлены в Японии. Вместе магниты ITER создают невидимую клетку для плазмы, которая точно соответствует металлическим стенкам токамака.
После установки магнита реактор сможет совершить свой первый пробный запуск, что и будет являться следующим большим шагом. Впереди будет лежать долгий этап различных тестов и проверок, что в конечном итоге приведет к запуску уникального реактора.
