Обширное исследование, проведенное в США, подтвердило, что магниты, изготовленные из редкоземельных высокотемпературных сверхпроводников на основе оксида бария и меди (REBCO), идеально подходят для удержания плазмы в будущих экспериментах по термоядерному синтезу. Команда показала, что магниты прочные и компактные, что делает их практичным вариантом для будущих токамаков, таких как SPARC, который разрабатывается Commonwealth Fusion Systems (CFS) и Центром научного синтеза плазмы Массачусетского технологического института (PSFC).
Исследование провели исследователи из CFS и PSFC, которые создали новые диагностические инструменты для изучения магнитов.
Термоядерный реактор токамак использует очень сильные магнитные поля для удержания водородной плазмы внутри своей внутренней части в форме пончика. Это позволяет нагреть плазму до очень высоких температур, так что ядра водорода сливаются вместе, выделяя большое количество энергии. Конечная цель исследований токамака — получить из плавящейся плазмы гораздо больше энергии, чем затрачивается, создавая таким образом относительно чистый источник энергии.
Эти магнитные поля создаются электромагнитами, а в существующих токамаках они наматываются проводами из обычного проводника (меди) или низкотемпературного сверхпроводника. Оба подхода имеют свои преимущества и ограничения, поэтому исследователи термоядерного синтеза заинтересованы в изучении других вариантов магнитов. В частности, большинство существующих магнитных технологий будут слишком большими и дорогими для использования в устройствах следующего поколения, которым потребуются более высокие уровни поля.
Ограниченные поля
«Сверхпроводящие магниты с очень низким энергопотреблением теперь интегрированы в термоядерные устройства в достаточных масштабах», — объясняет Зак Хартвиг в Массачусетском технологическом институте, который провел новый анализ. «Однако все они использовали сверхпроводники, сила удерживающего магнитного поля которых была ограничена примерно 5 Тл». Даже находясь в этих полях, плазма будет постепенно вытекать.
В период с 2018 по 2021 год совместная работа исследователей PSFC и CFS разработала магниты REBCO с целью усиления удерживающих полей – и характеристики материала были очень многообещающими.
«REBCO способен создавать чрезвычайно сильные магнитные поля, а также может выдерживать очень высокие плотности электрического тока при температурах до 20 К», — объясняет Хартвиг. «Это приводит к превосходным разработкам и производительности сверхпроводящих магнитов».
Теперь Хартвиг и его коллеги сообщают о результатах комплексных испытаний характеристик REBCO в качестве сверхпроводящего магнита, проведенных с использованием специально построенного испытательного оборудования в Массачусетском технологическом институте.
Почти вдвое
В ходе экспериментов, проведенных в сентябре 2021 года, материал продемонстрировал пиковое магнитное поле более 20 Тл. Это почти вдвое превышает самые высокие поля, достигнутые ранее в других сверхпроводящих магнитах для аналогичных применений.
С тех пор исследователи провели дальнейшие испытания, которые довели магнит REBCO до крайних пределов его производительности, одновременно анализируя его работу.
Теперь команда представляет свои выводы в серии статей в Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости. В них содержится подробное описание всех компонентов магнита и их работы в сильных полях. Теперь команда Хартвига уверена, что REBCO хорошо подходит для своей цели.
«Несмотря на огромные электромеханические нагрузки, электрические, тепловые и структурные характеристики магнита в установившемся режиме работы вели себя точно так, как было задумано», — говорит Хартвиг. «Это подтвердило передовое компьютерное моделирование, разработанное в рамках программы, и экспериментально подтвердило, что сверхпроводящие магниты с сильным полем пригодны для получения энергии термоядерного синтеза», — добавляет он.
Гораздо меньший объём
Важно отметить, что эксперименты продемонстрировали, что REBCO способен поддерживать поле напряженностью 12 Тл, подходящее для удержания плазмы в объеме, примерно в 30–40 раз меньшем, чем предыдущие термоядерные устройства.
«Значительное сокращение масштабов, обеспечиваемое REBCO, позволит снизить затраты и сократить сроки создания устройств магнитного удержания, а также более благоприятную экономику для термоядерных электростанций», — объясняет Хартвиг.
«Возможно, самое главное, что уменьшенный масштаб обеспечивает критический переход к термоядерной энергетике: переход от многонациональных, финансируемых правительством научных программ к частным финансируемым, целеустремленным компаниям, сосредоточенным на коммерциализации нового жизнеспособного источника энергии с нулевым выбросом углерода», - добавляет он. .
Основываясь на своих многообещающих выводах, команды PSFC и CFS теперь надеются, что их анализ послужит ценным руководством для будущих исследований в области термоядерного синтеза: возможно, они сделают одну из самых долгожданных целей в физике на шаг ближе к реальности.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/rebco-high-temperature-superconductors-are-ideal-for-tokamak-magnets-study-suggests/
- :имеет
- :является
- $UP
- 12
- 20
- 2018
- 2021
- 30
- 40
- a
- достигнутый
- Добавляет
- продвинутый
- Преимущества
- цель
- Все
- позволяет
- почти
- причислены
- суммы
- an
- анализ
- и
- Приложения
- прикладной
- подходы
- примерно
- МЫ
- AS
- At
- аккумулятор
- BE
- было
- не являетесь
- большой
- стимулирование
- изоферменты печени
- Граница
- Приведение
- строить
- by
- CAN
- способный
- углерод
- проводятся
- нести
- центр
- чистым
- ближе
- сотрудничество
- коллеги
- содружество
- компактный
- Компании
- компоненты
- комплексный
- вычислительный
- уверенный
- ПОДТВЕРЖДЕНО
- потребление
- обычный
- Медь
- Расходы
- создали
- Создающий
- критической
- Текущий
- убивают
- описание
- предназначенный
- развитый
- Устройства
- диагностический
- дело
- сделанный
- двойной
- земля
- Экономика
- включен
- позволяет
- энергетика
- Проект и
- огромный
- Даже
- точно,
- существующий
- дорогим
- Эксперименты
- Объясняет
- Исследование
- обширный
- экстремальный
- чрезвычайно
- средства
- Объект
- быстрее
- поле
- Поля
- результаты
- внимание
- Что касается
- от
- фундированный
- далее
- фьюзинг
- слияние
- будущее
- получить
- цель
- Цели
- постепенно
- инструкция
- Есть
- he
- High
- высший
- наивысший
- надежды
- Как
- HTTPS
- Гидрирование
- идеальный
- IEEE
- важно
- in
- В других
- углубленный
- информация
- внутри
- инструменты
- интегрированный
- предназначенных
- интерьер
- в
- вопрос
- ЕГО
- JPG
- Острый
- большой
- крупномасштабный
- Лиды
- утечка
- привело
- уровни
- недостатки
- Ограниченный
- рамки
- грузы
- долгожданный
- Низкий
- ниже
- сделанный
- Магнитное поле
- Магниты
- Создание
- материала
- макс-ширина
- MIT
- моделирование
- БОЛЕЕ
- самых
- перемещение
- много
- многонациональная
- Новые
- следующее поколение
- сейчас
- of
- on
- ONE
- операция
- Опция
- Опции
- or
- Другое
- внешний
- за
- бумага
- особый
- Вершина горы
- производительность
- выполнены
- возможно
- Физика
- Мир физики
- растения
- плазма
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- мощностью
- электростанции
- практическое
- представить
- предыдущий
- предварительно
- в частном порядке
- производства
- программы
- Программы
- многообещающий
- обеспечивать
- цель
- толкнул
- положил
- РЕДКИЙ
- реактор
- Реальность
- Цена снижена
- снижение
- относительно
- выпуска
- отчету
- требовать
- исследованиям
- исследователи
- Итоги
- надежный
- говорит
- Шкала
- Весы
- Наука
- сентябрь
- Серии
- служить
- показал
- значительный
- аналогичный
- меньше
- So
- некоторые
- Источник
- Шаг
- прочность
- сильные
- сильный
- структурный
- Кабинет
- изучение
- такие
- достаточный
- Предлагает
- подходящее
- подходящий
- сверхпроводящий
- топ
- системы
- команда
- команды
- технологии
- тестXNUMX
- тестов
- чем
- который
- Ассоциация
- их
- Их
- тогда
- тепловой
- Эти
- они
- этой
- миниатюрами
- Таким образом
- раз
- в
- вместе
- слишком
- Сделки
- переход
- правда
- окончательный
- us
- использование
- используемый
- использования
- через
- подтверждено
- ценный
- очень
- жизнеспособный
- объем
- законопроект
- ЧТО Ж
- были
- когда
- , которые
- в то время как
- КТО
- будете
- в
- Мир
- бы
- зефирнет
- нуль