Центральный соленоид: как выглядит самый большой магнит для термоядерного реактора

Самый массивный и мощный на планете магнит – центральный соленоид – наконец готов. Ну или, по крайней мере, первая его деталь: после примерно 10 лет разработки и производства модуль доставлен из США на юг Франции, где в 2023 году должен заработать международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР).


Создание такого колоссального магнита – само по себе эксперимент. Инженеры компании General Atomics потратили много времени на проектирование, строительство и испытание его компонентов. Но это еще полдела: транспортировка огромных и чувствительных деталей в другое полушарие стала отдельной технической задачей.

Для перемещения потребовалось построить новые подъездные пути и использовать кран, специально разработанный для перевалки особо важного груза. Все это легко понять, если представить себе масштабы и мощь нового магнита.

«Силы, которую создает центральный соленоид, будет достаточно, чтобы поднять в воздух авианосец весом 100 тыс. т», – говорит главный инженер General Atomics Джон Смит. В августе 2021 года первый модуль магнита прибыл во Францию.




Магнитное поле, которое создает система, в 280 тыс. раз сильнее глобального магнитного поля земли.

Всего таких блоков будет шесть, каждый 2,1 м высотой и 4,2 м шириной, массой по 114 т. Их смонтируют вместе, окружив термоядерный реактор магнитным полем. Центральный соленоид – бьющееся сердце всей системы, которое использует ток в 15 млн ампер, раскаляя и стабилизируя плазму внутри токамака. Экспериментальный ИТЭР станет прототипом будущих промышленных термоядерных реакторов, и получать с него энергию для общих сетей не планируется. Задача проекта – продемонстрировать работоспособность токамака и термоядерного синтеза как уже доступной технологии извлечения чистой и почти бесконечной энергии. И центральный соленоид сыграет в этом ключевую роль. Но как вообще возможно построить такой колоссальный магнит?

Базовый принцип тут тот же, что и в обычных электромагнитах: металлический проводник наматывается вокруг сердечника, и в него подается ток. В качестве проводника для центрального соленоида используется ниобий-олово, которое после обработки приобретает сверхпроводящие свойства. В General Atomics его выдерживают пять недель при определенном температурном режиме, то нагревая до 650 °C, то снова остужая. После этого обмотку ослабляют и с помощью автоматической установки изолируют все 5,5 км провода. Далее катушку герметично оборачивают защитной лентой, заливают внутрь 4500 л эпоксидной смолы и отверждают ее при 130 °C. Наконец, всю конструкцию помещают в криогенную установку, опуская температуру до –269 °C для проведения тестов.




Пока что все шаги прошел лишь первый из модулей центрального соленоида. Но с остальными пятью в General Atomics смогут действовать по уже испытанной схеме, параллельно работая на разных площадках, так что на весь цикл производства потребуется около двух лет. Затем модули также переправят во французский порт Сен-Польле-Дюранс. Модуль-1 был отправлен из Соединенных Штатов в июле 2021 года и прибыл во Францию в начале августа. На площадку ИТЭР его транспортировали уже осенью. По счастью, это не первый негабаритный груз, с которым имеют дело строители реактора. С портом на юге Франции его соединяет специально подготовленная автотрасса, способная принимать особо тяжелую нагрузку.

Трудности перевозки
Для работы с модулями центрального соленоида используется специальный кран повышенной грузоподъемности, создание которого стало сложной инженерной задачей. Он установлен на девятиосном тягаче, а противовесы и другие компоненты, необходимые для работы, перевозят около 50 отдельных грузовиков. И все это лишь затем, чтобы перегрузить модуль на главный тягач.

«Я просто потрясен этой машиной, – говорит Смит. – У нее один тянущий модуль и два толкающих, два больших дизеля, которые приводят все это в движение. Отдельный человек сидит и управляет работой только задних колес. Поразительно, насколько легко и точно они маневрируют». С тягача магнит перегружается на железнодорожный транспорт и лишь затем прибывает в порт, где его принимает контейнеровоз.

Источник