För närvarande förutses kontrollerad termonukleär fusion mycket ofta som en ersättning för klassiska kärnkraftverk och till och med fossila bränslen, men trots ett antal allvarliga framgångar i denna riktning har ännu inte en enda fungerande prototyp av en termonukleär reaktor påvisats. Byggandet av den första internationella termonukleära reaktorn ITER i Frankrike (EU, Ryssland, Kina, Indien och Republiken Korea är involverade i projektet) är fortfarande i ett tidigt skede av projektet. Samtidigt arbetar det amerikanska företaget Lockheed Martin, liksom ett team av forskare som representerar Massachusetts Institute of Technology (MIT), med att utveckla en effektiv termonukleär reaktor. Det var MIT -experter som tillkännagav i augusti 2015 utvecklingen av ett nytt projekt av en ganska kompakt tokamak.
Tokamak står för toroidal kammare med magnetiska spolar. Detta är en torusformad enhet utformad för att innehålla plasma för att uppnå de förutsättningar som krävs för flödet av kontrollerad termonukleär fusion. Själva idén med en tokamak tillhör sovjetiska fysiker. Förslaget om användning av kontrollerad termonukleär fusion för industriella ändamål, liksom ett specifikt schema med värmeisolering av en högtemperaturplasma med ett elektriskt fält, formulerades först av fysikern O. A. Lavrentyev i hans arbete skrivet i mitten av 1950. Tyvärr "glömdes" detta arbete fram till 1970 -talet. Själva termen tokamak myntades av IN Golovin, student av akademiker Kurchatov. Det är tokamakreaktorn som just nu skapas inom ramen för det internationella vetenskapliga projektet ITER.
Medan arbetet med skapandet av ITER -fusionsreaktorn i Frankrike går ganska långsamt, har amerikanska ingenjörer från Massachusetts Institute of Technology kommit med ett förslag på en ny design för en kompakt fusionsreaktor. Sådana reaktorer, sade de, skulle kunna tas i drift på bara 10 år. Samtidigt har termonukleär energi, med sin enorma genererade kapacitet och outtömliga vätebränsle, förblivit en dröm och en serie dyra laboratorieexperiment och experiment i decennier. Under åren hade fysiker till och med ett skämt: "Den praktiska tillämpningen av termonukleär fusion kommer att börja om 30 år, och denna period kommer aldrig att förändras." Trots detta tror Massachusetts Institute of Technology att det efterlängtade genombrottet i energi kommer att inträffa om bara 10 år.
MIT -ingenjörernas förtroende bygger på användningen av nya supraledande material för att skapa en magnet som lovar att vara betydligt mindre och kraftfullare än de tillgängliga superledande magneterna. Enligt professor Dennis White, chef för MIT Plasma and Fusion Center, kommer användningen av nya kommersiellt tillgängliga supraledande material baserade på bariumkopparoxid av sällsynt jordart (REBCO) att göra det möjligt för forskare att utveckla kompakta och mycket kraftfulla magneter. Enligt forskare kommer detta att göra det möjligt att uppnå större kraft och täthet av magnetfältet, vilket är särskilt viktigt för plasmavängsel. Tack vare nya supraledande material kommer reaktorn, enligt amerikanska forskare, att vara mycket mer kompakt än befintliga projekt, särskilt den redan nämnda ITER. Enligt preliminära uppskattningar kommer den nya fusionsreaktorn med samma effekt som ITER att ha halva diametern. På grund av detta kommer dess konstruktion att bli billigare och enklare.
En annan nyckelfunktion i det nya projektet med en termonukleär reaktor är användningen av flytande filtar, som bör ersätta traditionella solid-state-material, som är det huvudsakliga "förbrukningsmaterialet" i alla moderna tokamaker, eftersom de tar det huvudsakliga neutronflödet och omvandlar det till termisk energi. Det rapporteras att vätskan är mycket lättare att byta ut än berylliumkassetter i kopparlådor, som är ganska massiva och väger cirka 5 ton. Det är berylliumkassetterna som kommer att användas vid designen av den internationella experimentella termonukleära reaktorn ITER. Brandon Sorbom, en av de ledande forskarna vid MIT, som arbetar med projektet, talar om den nya reaktorns höga effektivitet i området 3 till 1. Samtidigt, med hans egna ord, rektorns utformning. i framtiden kan optimeras, vilket möjligen gör det möjligt att uppnå förhållandet mellan den genererade energin och den förbrukade energin på nivån 6 till 1.
Superledande material baserade på REBCO kommer att ge ett starkare magnetfält, vilket gör det lättare att kontrollera plasma: ju starkare fältet är, desto mindre kan volymen av kärnan och plasma användas. Resultatet blir att en liten fusionsreaktor kan producera samma mängd energi som en modern stor. Samtidigt blir det lättare att bygga en kompakt enhet och sedan använda den.
Det bör inses att effektiviteten hos en termonukleär reaktor direkt beror på kraften hos superledande magneter. De nya magneterna kan också användas på den befintliga strukturen för tokamaker, som har en munkformad kärna. Dessutom är ett antal andra innovationer möjliga. Det är värt att notera att den stora experimentella tokamak ITER som för närvarande byggs i Frankrike, nära Marseille, värd cirka 40 miljarder dollar, inte tog hänsyn till framstegen inom superledare, annars hade denna reaktor kunnat vara halva storleken kostade skaparna mycket billigare och skulle ha byggts snabbare. Möjligheten att installera nya magneter på ITER finns dock och detta kommer att kunna öka kraften avsevärt i framtiden.
Magnetfältets styrka spelar en nyckelroll vid kontrollerad termonukleär fusion. Att fördubbla denna kraft 16 gånger på en gång ökar effekten av fusionsreaktionen. Tyvärr kan de nya REBCO -superledarna inte fördubbla magnetfältets styrka, men de kan fortfarande öka fusionsreaktionens effekt med 10 gånger, vilket också är ett utmärkt resultat. Enligt professor Dennis White kan en termonukleär reaktor, som kommer att kunna leverera elektrisk energi till cirka 100 tusen människor, byggas inom cirka 5 år. Det är svårt att tro det nu, men ett epokgörande genombrott i energi som kan stoppa den globala uppvärmningsprocessen kan ske relativt snabbt, praktiskt taget idag. Samtidigt är MIT övertygat om att den här tiden 10 år inte är ett skämt, utan ett riktigt datum för utseendet på de första operativa tokamakerna.
