Учёные Даремского университета завершили одну из крупнейших программ проверки качества, когда-либо проводившихся на сверхпроводящих материалах, что способствует успеху крупнейшего в мире эксперимента по термоядерной энергетике — проекта ITER.
Их выводы, опубликованные в журнале Superconductor Science and Technology, проливают свет не только на качество самих проводов, но и на методы их тестирования, предоставляя учёным важные знания для воплощения термоядерной энергетики в реальность.
Термоядерная энергетика: путь к чистой энергии
Термоядерный синтез (процесс, который питает Солнце) давно считается святым Граалем чистой энергии. Он обещает практически безграничный источник энергии без выбросов углекислого газа и с минимальным количеством радиоактивных отходов.
ITER, строящийся в южной Франции, призван продемонстрировать термоядерный синтез в невиданных ранее масштабах. Когда установка заработает, её гигантские магниты будут удерживать плазму при температурах выше, чем в солнечном ядре, а работа этих магнитов полностью зависит от характеристик передовых сверхпроводящих проводов.
Задача учёных Даремского университета
Команда Даремского университета под руководством профессора Дэмиана Хэмпшира и доктора Марка Рейна была выбрана в 2011 году для создания одной из официальных справочных лабораторий Европы для ITER. Их задача — разработать специализированные методы тестирования сверхпроводящих проводов, изготовленных из соединений Nb₃Sn и Nb–Ti, которые составляют основу магнитной системы ITER.
Каждый провод должен был соответствовать чрезвычайно высоким стандартам надёжности машины. В ходе проекта исследовательская группа получила более 5 500 образцов проводов и провела около 13 000 отдельных измерений. Каждый провод необходимо было обработать, подготовить, а в случае с Nb₃Sn — подвергнуть термообработке в печах с температурой выше 650 °C перед измерением.
Особенно значимым является статистический анализ, проведённый на этом огромном массиве данных. Даремская группа показала, что когда одну и ту же жилу нельзя измерить повторно (как в случае с проводами Nb₃Sn, которые изменяются при термообработке), измерение соседних жил в разных лабораториях может служить надёжной заменой. Это обеспечивает практичный и экономически эффективный метод перекрёстной проверки результатов, гарантируя лабораторную точность и согласованность производства.
Профессор Дэмиан Хэмпшир из Даремского университета, возглавлявший работу, сказал: «Великобритания лидирует в мире по производству сканеров МРТ с использованием сверхпроводящих магнитов. Вопрос в том, сможем ли мы помочь миру в коммерциализации термоядерной энергетики с помощью сверхпроводящих магнитов?»
Значение исследований
Результаты исследований приобретают особую значимость в условиях растущего интереса к термоядерной энергетике. В то время как ITER планирует запустить первую плазму в 2035 году, частные компании стремятся разработать коммерческие реакторы раньше. Microsoft уже подписала сделку по покупке электроэнергии с планируемой термоядерной установки Helion в 2028 году, а Google предварительно заказал 200 мегаватт термоядерной энергии у Commonwealth Fusion Systems в 2030-х годах.
Между тем правительство Великобритании выделило 2,5 миллиарда фунтов стерлингов на исследования в области термоядерного синтеза и строит собственный прототип установки STEP на бывшей угольной шахте в Ноттингемшире.
Когда ITER начнёт работу, его магниты будут создавать одни из самых сильных устойчивых магнитных полей, когда-либо созданных человеком, что позволит проводить термоядерные реакции, способные производить обильную энергию с низким содержанием углерода без долгоживущих радиоактивных отходов. Успех магнитов и самого ITER зависит от качества сверхпроводящих жил, проверенных в Дареме. Это также предоставляет открытый ресурс, который учёные всего мира могут использовать для совершенствования технологии и методов тестирования.
Роль Дарема выходит за рамки ITER. Университет также является ведущим партнёром Британского центра подготовки докторов наук в области термоядерной энергетики, помогая обучать следующее поколение учёных и инженеров.
Предоставлено Даремским университетом.
Superconductor Science and Technology, shed light not only on the quality of the wires themselves but also on how to best test them, providing crucial knowledge for scientists to make fusion energy a reality.”,”Fusion (the process that powers the sun) has long been described as the holy grail of clean energy. It offers the promise of a virtually limitless power source with no carbon emissions and minimal radioactive waste.”,”ITER, now under construction in southern France, is designed to demonstrate fusion at an unprecedented scale. When operational, its giant magnets will confine plasma at temperatures hotter than the sun’s core, and those magnets depend entirely on the performance of advanced superconducting wires.”,”The Durham University team, led by Professor Damian Hampshire and Dr. Mark Raine, was chosen in 2011 to establish one of Europe’s official reference laboratories for ITER. Their task was to develop the specialized methods needed to test the superconducting wires made from compounds called Nb₃Sn and Nb–Ti that form the backbone of ITER’s magnet system.”,”Each piece of wire had to meet extremely high standards to ensure the reliability of the machine. Over the course of the project, the research team received more than 5,500 wire samples and carried out approximately 13,000 separate measurements. Every wire had to be processed, prepared, and in the case of Nb₃Sn, heat-treated in furnaces reaching over 650° C before measurement.”,”What makes this work particularly significant is the statistical analysis carried out on this enormous dataset.”,”The Durham group showed that when the same strand cannot be measured repeatedly, as is the case with Nb₃Sn wires, which are altered by heat-treatment, measuring adjacent strands in different laboratories can act as a reliable substitute. This provides a practical and cost-effective method of cross-checking results, ensuring both laboratory accuracy and manufacturing consistency.”,”Fusion energy could be transformative, but its success depends on getting the details right, the researchers say. The wires inside ITER’s magnets must carry currents hundreds of times greater than in household wiring, under extreme conditions.”,”Professor Damian Hampshire of Durham University, who led the work, said, \”The UK leads the world in the manufacture of MRI body scanners using superconducting magnets. The question is, can we help lead the world with the commercialization of fusion power generation using superconducting magnets?\””,”The findings come at a time of growing momentum in fusion energy. While ITER aims for its first plasma in 2035, private companies are racing to develop commercial reactors sooner. Microsoft has already signed a deal to buy electricity from Helion’s planned fusion plant in 2028, and Google has pre-ordered 200 megawatts of fusion power from Commonwealth Fusion Systems in the 2030s.”,”Meanwhile, the UK government has committed £2.5 billion to fusion research and is building its own prototype plant, STEP, on a former coal site in Nottinghamshire.”,”When ITER begins operating, its magnets will generate some of the strongest steady magnetic fields ever created, enabling fusion reactions that could produce abundant, low-carbon energy without long-lived radioactive waste. The success of the magnets and of ITER itself depends on the quality of the superconducting strands now verified in Durham. It also provides an open resource that scientists everywhere can use to refine both the technology and the testing methods.”,”Durham’s role extends beyond ITER. The University is also a lead partner in the UK’s Centre for Doctoral Training in Fusion Power, helping train the next generation of scientists and engineers.”,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tDurham University\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Thermodynamics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник