Термоядерные машины продвигаются в Испании и Новой Зеландии

В Севильском университете в Испании ведется строительство токамака SMART, целью которого является изучение перспектив отрицательной и положительной треугольности в сферических токамаках. Тем временем новозеландский стартап OpenStar Technologies успешно запустил свой основной компонент, используя встроенную зарядку плавающего магнита.

SMART (Токамак с малым соотношением сторон) разрабатывается и развивается в сотрудничестве Севильского университета и Принстонской лаборатории физики плазмы США (PPPL). Он извлекает выгоду из компьютерных кодов PPPL, а также опыта лаборатории в области магнетизма и сенсорных систем.

«Проект SMART является прекрасным примером того, как мы все работаем вместе над решением проблем, связанных с термоядерным синтезом, и обучаем следующее поколение тому, чему мы уже научились», — сказал Джек Беркери, заместитель директора по исследованиям PPPL для Национального эксперимента по усовершенствованию сферического тора (NSTX-U) и главный исследователь сотрудничества PPPL со SMART. «Мы должны делать это все вместе, иначе этого не произойдет.

Мануэль Гарсия-Мунос, профессор кафедры атомной, молекулярной и ядерной физики Севильского университета, а также соруководитель Лаборатории плазменных наук и термоядерных технологий и проекта SMART tokamak, добавил: «Это должен был быть тот, который университет мог бы себе позволить, но также и тот, который мог бы внести уникальный вклад в термоядерный ландшафт в университетском масштабе. Идея заключалась в том, чтобы объединить уже устоявшиеся технологии: сферический токамак и отрицательную треугольность, что сделало SMART первым в своем роде. Оказывается, это была фантастическая идея.

Треугольность относится к форме плазмы относительно токамака. Поперечное сечение плазмы в токамаке обычно имеет форму заглавной буквы D. Когда прямая часть D обращена к центру токамака, говорят, что она имеет положительную треугольную форму. Когда изогнутая часть плазмы обращена к центру, плазма имеет отрицательную треугольность. Отрицательная треугольность должна обеспечивать повышенную производительность, поскольку она может подавлять нестабильность, которая выбрасывает частицы и энергию из плазмы, предотвращая повреждение стенки токамака.

Согласно PPPL, сферическая форма SMART должна сделать его лучше удерживающим плазму, чем если бы он имел форму пончика. SMART станет первым сферическим токамаком, полностью исследующим потенциал отрицательной треугольности.

Сотрудничество между SMART и PPPL также распространяется на одну из основных областей знаний лаборатории: диагностику — устройства с датчиками для оценки плазмы. Несколько таких диагностических средств разрабатываются исследователями PPPL. 

Исследователи из Севильского университета уже провели тест в токамаке, демонстрируя розовое свечение аргона при нагревании микроволнами. Этот процесс помогает подготовить внутренние стенки токамака к гораздо более плотной плазме, содержащейся при более высоком давлении. Ожидается, что первая плазма токамака будет произведена до конца текущего года.

Новозеландский рубеж
 

Компания OpenStar Technologies из Веллингтона объявила, что сделала решающий шаг на пути к созданию первого прототипа устройства термоядерной энергии в Новой Зеландии. Компания успешно использовала свой основной компонент — полутонный магнит в форме пончика под названием Junior — используя запатентованную технологию, обеспечивающую включение ключей, под названием флюсовый насос.

В Джуниоре находится уникальное и сложное расположение сверхпроводящих систем. В рабочем состоянии он плавает подвешенным внутри вакуумной камеры, поэтому его называют «левитирующим диполем». Этот метод, обеспечиваемый потоковым насосом, решает основную задачу термоядерного синтеза: надежное воспроизведение того же процесса, который питает наше Солнце. Для этого на Земле требуется нагреть плазму до температуры более 100 миллионов градусов по Цельсию, чтобы инициировать реакцию синтеза, в которой два иона объединяются, высвобождая при этом огромное количество энергии.

Поскольку ни один физический материал не выдерживает контакта с этими температурами, плазма подвешивается в вакууме, удерживается магнитным полем, во время термоядерного синтеза. В других термоядерных машинах плазма содержится внутри сверхпроводящих магнитов под действием создаваемого ими магнитного поля. 

Зарядка Junior с помощью потокового насоса позволяет ему работать в свободном плавании без каких-либо внешних источников питания, подключенных к устройству, что повышает простоту и прочность дипольной конфигурации.

Сверхпроводники расположены внутри Джуниора, а линии магнитного поля исходят наружу в форме диполя, удерживая плазму вокруг магнита, повторяя собственную магнитосферу Земли. 

«Помимо физического преимущества, заключающегося в том, что вместо того, чтобы нажимать на нестабильную плазму, инверсия магнита внутри плазмы имеет то преимущество, что имеет меньший, сменный, высокотехнологичный основной магнит с высокой эксплуатацией по сравнению с токамаками и аналогичными устройствами, — сказал директор OpenStar по науке о плазме Даррен Гарнье. 

«Это первое глобальное коммерческое использование уникального сверхпроводящего источника питания (потокового насоса) в магните класса термоядерного синтеза с высоким полем», — сказал Род Бэдкок из Научно-исследовательского института Робинсона при Университете Виктории в Веллингтоне. «Эта новозеландская технология обеспечивает каждый следующий шаг до первой плазмы для этой технологии термоядерной энергии. Это доказывает, что уникальный подход OpenStar жизнеспособен.