Важная веха: строительство термоядерного реактора ИТЭР завершено почти на три четверти. Теперь у него есть свое «сердце» - центральный соленоидный магнит. Первый модуль сверхпроводящего магнита весом 1000 тонн и длиной 18 метров в настоящее время отправляется из США во Францию. Магнитное поле, создаваемое соленоидом, позже предназначено для нагрева плазмы реактора и обеспечения ее циркуляции. Но, вероятно, пройдет еще четыре года, прежде чем это произойдет.
ИТЭР - один из самых амбициозных и крупных проектов, когда-либо предпринятых: для строительства первого термоядерного реактора, который вырабатывает больше энергии в больших масштабах, нужен добрый миллион компонентов, ноу-хау и деньги из 35 стран., чем вам нужно нагреть плазму. ИТЭР, работающий по принципу токамака, также впервые предназначен для поддержания ядерного синтеза в течение более длительного периода времени и формирования предшественника термоядерной электростанции.
После нескольких лет подготовительной работы строительство ИТЭР официально началось в июле 2020 года. Как сообщает коллаборация, несмотря на пандемию короны, удалось продолжить как транспортировку компонентов с трех континентов, так и их сборку. Согласно этому, термоядерный реактор готов почти на 75 процентов.
Гигантский магнит как "бьющееся сердце"
Но чего по-прежнему не хватает, так это сердца системы - центрального соленоида. Этот сверхпроводящий магнит является осью в центре установки в форме пончика и генерирует длинные регулярные магнитные импульсы, которые превращают горячую заряженную плазму в торе реактора в кольцеобразный поток и ограничивают его. В то же время «сердцебиение» этого магнита нагревает плазму до 150 миллионов градусов и дает ей энергию, эквивалентную примерно 15 миллионам ампер - больше, чем когда-либо производилось в термоядерном реакторе такого типа.
Шесть модулей центрального соленоидного магнита генерируют магнитное поле силой 13 тесла, что в 280 000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли, и достаточно сильное, чтобы поднять авианосец на два метра в воздух. В собранном виде весь магнит имеет высоту 18 метров, толщину добрых 4,50 метра и весит более тысячи тонн. Как это типично для термоядерного реактора, основанного на принципе токамака, требуются еще два комплекта магнитов. 18 тороидальных и шесть полоидальных магнитных катушек расположены снаружи плазменного кольца и оттуда контролируют безопасное удержание плазмы.
Пять километров кабеля и две недели в духовке
Первый модуль центрального соленоидного магнита готов к отправке во Францию и установке в сердце ИТЭР. В настоящее время он загружается на грузовое судно в Хьюстоне и должен прибыть во Францию в августе. «Поставка первого центрального соленоида для ИТЭР - это настоящая веха в развитии термоядерной энергетики», - комментирует Майкл Мауэль из Колумбийского университета. Работа над оставшимися пятью модулями соленоида уже ведется, второй модуль планируется отправить в августе.
Большой магнит строится американской компанией General Atomics, которая специально для этой цели построила завод недалеко от Сан-Диего, штат Калифорния. Для каждого центрального соленоидного модуля требуется более трех миль проволоки из ниобия-олова в стальной оболочке, намотанной особым образом. Затем весь змеевик нагревается до 650 градусов в конвекционной печи в течение 14 дней.
Только после этой термообработки происходит изоляция витков катушки и вся катушка дополнительно заливается эпоксидной смолой и затвердевает. Весь ансамбль спроектирован таким образом, чтобы выдерживать большие нагрузки, почти полный вакуум и температуру минус 270 градусов - этот холод, достигаемый жидким гелием, необходим для того, чтобы сделать магниты сверхпроводящими.
Первая плазма ожидается в 2025 году
«Проект ИТЭР - это самое сложное научное сотрудничество в истории, - говорит Бернар Биго, генеральный директор организации ИТЭР. "Компоненты, которых никогда не было, производятся на трех континентах - каждый из этих компонентов является результатом первоклассной инженерной работы." Такой проект возможен только благодаря этому международному сотрудничеству.
Экспериментальный реактор ИТЭР еще не будет вырабатывать электроэнергию и, следовательно, не является термоядерной электростанцией. Однако он должен служить для проверки технологий, материалов и физических тонкостей, необходимых для такой силовой установки. Однако масштабный проект стоит недешево: к началу эксплуатации - вероятно, в 2025 году - ИТЭР уже мог поглотить 20 миллиардов евро.