Учені MIT досягли прориву у сфері ядерного синтезу: створено потужні високотемпературні магніти

Для чого нам це потрібно

Ядерний синтез – це процес злиття легких атомних ядер, таких як водень, у важчі, такі як гелій, з вивільненням величезної кількості енергії. Це та сама реакція, яка живить Сонце та інші зірки, і вчені десятиліттями намагаються відтворити її на Землі, сподіваючись створити чисте, безпечне і практично безмежне джерело енергії.

Дивіться також Британський термоядерний реактор побив рекорд виробництва енергії

Людству конче потрібен прорив у цій сфері, оскільки потреби в електроенергії різко зросли після активного розвитку технологій штучного інтелекту. Ця сфера потребує дуже великих затрат електроенергії для навчання та роботи нейромереж.

Ілон Маск попередив людство про можливий дефіцит електроенергії по всьому світу до 2025 року, якщо нічого не зміниться.

Перепони на шляху до ядерного синтезу

Одна з головних проблем досягнення термоядерного синтезу полягає в тому, щоб обмежити і контролювати надзвичайно гарячу плазму – стан матерії, що складається з іонізованого газу, необхідний для реакції.

• Плазму потрібно нагріти до понад 100 мільйонів градусів Цельсія, що приблизно в сім разів гарячіше, ніж ядро Сонця, і тримати подалі від стінок корпусу реактора.
• Для цього в більшості термоядерних експериментів використовуються потужні електромагніти, які створюють магнітне поле у формі пончика, так званий токамак, що утримує плазму всередині.

Однак звичайні електромагніти мають обмеження щодо сили і стабільності магнітного поля, яке вони можуть створювати, а також щодо вартості і складності їх експлуатації та обслуговування. Ці фактори стримували прогрес і масштабування термоядерних реакторів, роблячи їх неможливими для комерційного використання.

Важливе відкриття

Дослідники MIT у співпраці з компанією Commonwealth Fusion Systems розробили новий тип електромагніта, який долає ці недоліки.

Магніт заснований на високотемпературному надпровідному матеріалі під назвою REBCO, який є рідкісноземельним оксидом міді барію. Цей матеріал може проводити набагато більші струми і генерувати набагато сильніші магнітні поля, ніж звичайні надпровідники, і робити це за вищих температур, що зменшує потребу в дорогих і громіздких системах охолодження.

Елетромагніт REBCO / Фото MIT

Команда побудувала і випробувала великомасштабний прототип електромагніта REBCO вагою близько 9 тонн у Центрі науки про плазму і термоядерний синтез (PSFC) Массачусетського технологічного інституту (MIT).

Пристрій досяг рекордної напруженості магнітного поля в 20 тесла, що приблизно в 10 разів сильніше, ніж типовий лікарняний магніт для МРТ. Команда також перевірила теоретичні моделі та симуляції поведінки магніту і провела експерименти для вивчення його роботи в екстремальних умовах, таких як часткове розплавлення котушки.

Ми вже близько

Успішна демонстрація електромагніта REBCO знаменує собою важливу віху в галузі ядерного синтезу, оскільки він забезпечує необхідну теплоту і стабільність, необхідні для життєздатних термоядерних реакторів.

• Дослідники стверджують, що нова магнітна технологія може зменшити розмір і вартість термоядерних реакторів у 10 разів, що зробить їх більш доступними і дешевими.
• Вони також кажуть, що новий магніт може дозволити побудувати компактну термоядерну пілотну установку під назвою SPARC протягом наступного десятиліття, яка зможе виробляти більше енергії, ніж споживає, що є довгоочікуваною метою досліджень у галузі термоядерного синтезу.

Команда, яка працює над проєктом / Фото MIT

Читайте на сайті Штучний Інтелект потребує прориву в ядерній енергетиці, – Сем Альтман

Публікація статей стала можливою після того, як команда отримала патенти на конструкцію та принципи роботи електромагніта. Дослідження наближає світ до моменту, коли на Землі запалає штучне сонце, яке забезпечить нас сталою та екологічно чистою енергією.