Российский сверхпроводник побил рекорды и приблизил термоядерный синтез к реальности
Инженеры Института электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова (НИИЭФА), филиала Росатома, испытали уникальный сверхпроводящий провод, предназначенный для токамака с реакторными технологиями (TRT). Материал показал выдающиеся характеристики, работая при крайне низких температурах и выдерживая значительные токи и магнитные поля, что открывает новые возможности для практической термоядерной энергетики.
Конструкция провода
Испытанный провод длиной 5 метров построен по принципу «слоеного пирога». Внутри находятся 240 тонких лент из высокотемпературного сверхпроводника, каждая из которых проводит электричество без потерь. Эти ленты закреплены в медной основе, которая при необходимости распределяет тепло и защищает провод от перегрева, а все это заключено в прочную стальную оболочку для защиты от механических повреждений.
Кроме того, провода TRT меньше по размеру — 26×26 мм вместо 54×54 мм в ITER, но способны выдерживать более высокие нагрузки. Такая конструкция одновременно делает провод прочным, устойчивым к температурным перепадам и способным безопасно пропускать огромные токи. По расчетам инженеров, он выдерживает ток до 65 000 ампер в сильном магнитном поле до 18 Тесла — показатель, который раньше не удавалось достичь на подобных установках.
«НИИЭФА — первый в России институт, изготовивший и протестировавший полноразмерный сверхпроводящий провод для токамака TRT», — подчеркнули в институте.
Криогенные испытания
Образец охлаждали до -196 °C с помощью жидкого азота, что позволило проверить переход в сверхпроводящее состояние и стабильность под нагрузкой. Провод имеет канал для циркуляции хладагента при температурах 5–20 Кельвинов, поддерживая нужные условия для работы токамака. Испытания показали, что провод сохраняет характеристики в самых экстремальных условиях, одновременно сокращая время тестирования и расходы на исследования.
Новые материалы и преимущества
В отличие от ITER, где для сверхпроводящих систем используют ниобий-титановые и ниобий-оловянные провода, работающие при сверхнизкой температуре 4,5 К, в TRT применяются специальные ленты из оксида меди с добавками иттрия и бария. Эти материалы становятся сверхпроводящими при более высокой температуре, что уменьшает энергозатраты на охлаждение и позволяет сделать систему более компактной.
В 2026 году НИИЭФА планирует изготовить и протестировать два провода длиной более 60 м. В 2027 году будет собран макет центральной соленоидной катушки диаметром один метр с 40 витками в два слоя. Этот макет станет шаблоном для километров проводов, которые понадобятся для полноценного реактора TRT.
Испытания на криогенных уровнях позволяют ускорить проверку образцов и сократить цикл разработки, что приблизит токамак к практическому применению в термоядерной энергетике.
ТРТ будет построен на базе Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ), на месте бывшего токамака ТСП с сильным полем. Сейчас ведется подготовка инфраструктуры для поддержки реактора, включая системы охлаждения, контроль плазмы и испытательные стенды для тритиевых технологий. После ввода в эксплуатацию TRT станет лабораторией для изучения поведения плазмы, контроля магнитных полей и гибридных систем термоядерного синтеза и деления.
Прорыв в термоядерных технологиях
Испытания сверхпроводящего провода TRT демонстрируют значительное достижение в создании компактных, эффективных и устойчивых материалов для термоядерных реакторов. Они повышают надежность систем, сокращают энергозатраты на охлаждение и ускоряют разработку технологий, способных изменить энергетическую отрасль к 2030 году. По словам специалистов, такой подход позволяет переходить от лабораторных экспериментов к промышленным масштабам, делая термоядерную энергетику реальной альтернативой традиционным источникам энергии.
