MIT i CFS: Osiągnięcie energii netto z fuzji jądrowej zbliża się wielkimi krokami

Massachusetts Institute of Technology i Commonwealth Fusion Systems pomyślnie przetestowały wysokotemperaturowy magnes nadprzewodzący, który pobił rekord natężenia pola magnetycznego. Tym samym torując drogę do praktycznego, komercyjnego, bezemisyjnego zasilania.

Cały proces do testów trwał trzy lata i oparty był na intensywnych badaniach i pracach projektowych: 5 września po raz pierwszy duży wysokotemperaturowy elektromagnes nadprzewodzący został podniesiony do natężenia pola równego 20 Tesli. Pole magnetyczne o tak dużym natężeniu wytworzone przez naukowców nigdy wcześniej nie powstało na Ziemi. Po pierwszym teście, magnes testowano wielokrotnie i także osiągano tę wartość. Obecnie magnes jest montowany w reaktorze typu tokamak i możliwe, że jeszcze w tym roku zostanie przeprowadzona pierwsza reakcja.

Jak wykazał test, magnes nadprzewodzący zbudowany przez MIT i CFS może generować trwałe pole magnetyczne wystarczająco silne, aby urządzenie CFS mogło osiągnąć energię netto z fuzji, co według CFS jest historycznym pierwszym takim osiągnięciem na świecie. CFS ma na celu wykorzystanie tej technologii do budowy opłacalnej komercyjnie elektrowni termojądrowej do wytwarzania energii elektrycznej o zerowej emisji.

Firma planuje mieć pierwsze eksperymentalne urządzenie (SPARC) z produkcją energii netto do 2025 roku i pierwszą fabrykę, która zacznie dostarczać energię do sieci w 2030 roku. Naukowcy i inżynierowie z CFS i MIT stwierdzili, że pomyślne działanie ich nowej technologii magnetycznej jest kluczowym krokiem w ich rozwoju technologicznym komercjalizacji syntezy jądrowej.

Główną innowacją w projekcie syntezy jądrowej MIT-CFS jest zastosowanie nadprzewodników wysokotemperaturowych, które umożliwiają uzyskanie znacznie silniejszego pola magnetycznego na mniejszej przestrzeni. Cały projekt był możliwy dzięki nowemu rodzajowi materiału nadprzewodzącego, który stał się komercyjnie dostępny kilka lat temu. Chodzi tu o stop miedzi z dodatkiem metali ziem rzadkich zwany ReBCO.

Nowy wysokotemperaturowy materiał nadprzewodnikowy, wykonany w postaci płaskiej, przypominającej wstęgę taśmy, pozwala na uzyskanie większego pola magnetycznego w mniejszym urządzeniu, dorównując wydajności, jaka byłaby osiągnięta w instalacji 40-krotnie większej objętościowo przy użyciu konwencjonalnych niskotemperaturowych magnesów nadprzewodzących. Ten skok mocy w stosunku do rozmiaru jest kluczowym elementem rewolucyjnego projektu.

Korzystanie z magnesów HTS oznacza, że możemy budować mniejsze tokamaki, które mogą wytwarzać tyle samo mocy termojądrowej, co większe urządzenia o mniejszym polu. Systemy zasilania termojądrowego potrzebują magnesów, aby zapewnić izolację termiczną niezbędną do odizolowania supergorącej plazmy od zwykłej materii. Magnesy nadprzewodzące, które są silniejsze niż konwencjonalne magnesy miedziane, zapobiegają utracie ciepła i zapewniają lepszą izolację termiczną plazmy. Urządzenia termojądrowe zbudowane przy użyciu tej nowej klasy magnesów będą mniejsze, dzięki czemu będą mogły być budowane szybciej i taniej, co z kolei stawia nas na szybszej drodze do komercjalizacji energii termojądrowej.

Nadprzewodniki wysokotemperaturowe to nowy, dostępny na rynku materiał o wyjątkowych właściwościach – mogą przenosić duży prąd, nawet gdy są osadzone w silnych polach magnetycznych. Do tej pory wszystkie magnesy fuzyjne były wykonane z przewodników miedzianych lub nadprzewodników niskotemperaturowych (LTS), które ograniczają siłę wytwarzanego pola magnetycznego.

O magnesie w pigułce:
Podczas testu osiągnięto szczytowe pole 20 T – ponad 400 000 razy silniejsze niż ziemskie pole magnetyczne
Zmagazynowana energia: 110 MJ
Masa: 9265 kg
Taśma HTS w cewce: 267 km
W momencie zbudowania magnesu zawierał on blisko 10% światowej podaży komercyjnie dostępnego HTS
Maksymalne ciśnienie chłodziwa helowego: 28 barów