В MIT открыли путь к дешёвой термоядерной энергии, совершив прорыв в производстве сверхпроводящих магнитов

Прорыв в термоядерном синтезе: как новый электромагнит за одну ночь удешевил энергию будущего в 40 раз. Ученые Массачусетского технологического института (MIT) совместно с компанией Commonwealth Fusion Systems представили результаты испытаний высокотемпературного сверхпроводящего магнита, который меняет экономику строительства реакторов. Эта разработка, признанная крупнейшим достижением в области управляемого термоядерного синтеза за последние три десятилетия, способна превратить экспериментальные установки в коммерчески выгодные энергетические станции.

Термоядерный синтез: от лабораторного эксперимента к энергетической рентабельности

Ключевым фактором, сдерживающим развитие термоядерной энергетики, всегда была стоимость удержания плазмы. Существующие технологии позволяли создавать магнитные поля необходимой напряженности, чтобы изолировать разогретую до 100 миллионов градусов Цельсия плазму от стенок реактора. Однако энергоэффективность таких систем оставалась критически низкой. Новая конструкция электромагнита, испытанная 5 сентября 2021 года в Центре науки о плазме MIT (PSFC), решает эту проблему кардинально.

«За одну ночь это практически изменило стоимость ватта термоядерного реактора почти в 40 раз», — заявили участники эксперимента. Девятитонный прототип создал поле силой 20 тесла, подтвердив правильность новаторских расчетов. Теперь у термоядерного синтеза, по словам исследователей, появился реальный шанс стать экономически жизнеспособным.

Отказ от изоляции: секрет компактности и мощности

Главный технологический прорыв заключается в отказе от изоляции проводов в обмотках катушек. Используя голые провода, ученые пошли на риск пробоев и коротких замыканий, но эффект сверхпроводимости создал такие условия, что замыканием между витками можно было пренебречь. Эксперимент подтвердил: катушка осталась надежной, но стала значительно меньше по размерам, дешевле в производстве и позволила уменьшить габариты всего реактора.

В качестве обмотки использован высокотемпературный сверхпроводник REBCO — редкоземельный оксид бария-меди. Материал достигает сверхпроводящего эффекта при температуре 20 Кельвинов, что всего на 16 К выше традиционной сверхпроводимости, но этой разницы оказалось достаточно, чтобы «изменить правила игры». На один электромагнит ушло 300 километров полосы REBCO. Экономия пространства в катушке, достигнутая за счет отказа от изоляции, позволила создать невероятно плотную и мощную конструкцию.

Испытания на критических режимах включали частичное разрушение обмотки — расплавление. Это позволило откалибровать теоретические модели поведения магнита и улучшить эксплуатационные характеристики будущих промышленных образцов.

Публикация серии статей в журнале IEEE Xplore стала возможной только после получения патентов на конструкцию и принципы работы. Исследование приближает момент, когда на Земле может зажечься рукотворное Солнце, а энергия в электросетях станет практически бесконечной и чистой.

Первые испытания масштабного прототипа высокотемпературного сверхпроводящего электромагнита состоялись еще в 2021 году. До этого момента существующие технологии не позволяли создать компактный магнит, способный удерживать плазму с достаточной эффективностью для коммерческого использования. Разработка велась в тесной кооперации с частным сектором, что ускорило внедрение инноваций. Внедрение REBCO-магнитов способно изменить глобальный энергетический ландшафт. Снижение стоимости ватта в 40 раз делает термоядерные реакторы прямыми конкурентами традиционных источников энергии. Эксперты прогнозируют, что первые демонстрационные реакторы на новой технологии могут появиться в течение ближайших десяти лет, что станет началом эры практически неисчерпаемой и экологически чистой энергии.