Стартиращата компания за ядрен синтез в Обединеното кралство помага на САЩ да разработят стелт подводници

Във кино лентата от 1990 година The Hunt for Red October руски военноморски капитан, изигран от Шон Конъри, пилотира подводница, задвижвана от „ магнитохидродинамично задвижване “, което е неоткриваемо към боен сонар.

Повече от 30 години по-късно започващата компания Tokamak Energy от Обединеното кралство поддържа стратегия на Агенцията за напреднали проучвателен планове на защитата на Съединени американски щати, с цел да трансформира безшумното морско задвижване в действителност.

Сътрудничеството с Darpa е един от няколкото метода, по които компанията за нуклеарен синтез се стреми да монетизира десетилетие работа върху високотемпературни свръхпроводникови магнити, за които твърди, че могат да трансформират браншове от публичния превоз до здравното изображение.

>

„ Това, което желаеме да създадем тук, е да сложим началото на ерата на HTS “, сподели Лиам Бренан, шеф на TE Magnetics, която Tokamak Energy ще пусне публично идната седмица. „ Искаме да пуснем тези магнити там и да ги накараме да работят. “

Излъчен от Управлението за атомна сила на Обединеното кралство през 2009 година, главният бизнес на Tokamak Energy е нуклеарен синтез, където основаната в Оксфордшир компания се бори с към 40 други по целия свят, с цел да бъдат първите, които създават електроцентрала, способна да създава търговски жизнеспособна чиста сила посредством обединение на водородни изотопи.

Перспективата за пресъздаването на реакцията, която зарежда слънцето, изтезава учените от десетилетия. Реакцията без въглерод не основава дълготрайни радиоактивни боклуци, изотопите могат да бъдат получени в огромни количества, а дребна чаша гориво има капацитета да зарежда къща в продължение на стотици години.

Но след 60 години опити никоя група не е съумяла да усъвършенства технологията и няма гаранция, че фантазията за термоядрени електроцентрали ще бъде осъществена.

Най-често срещаният метод към термоядрения синтез употребява магнити, с цел да суспендира плазма от два изотопа - нормално деутерий и тритий - в устройство, наречено токамак. След това изотопите се нагряват до рискови температури, 10 пъти по-горещи от центъра на слънцето, тъй че ядрата се сливат, произвеждайки хелий и сила.

Първото потомство магнити, употребявани в пробни токамаци като JET в Оксфордшир, които започнаха работа през 1983 година, бяха направени от мед. По-нови уреди, като китайския EAST, който създаде първата си плазма през 2006 година, употребяват по този начин наречените нискотемпературни свръхпроводникови магнити.

Tokamak Energy ще употребява своите особено проектирани HTS магнити, навити от новаторска лента, която може да генерира доста по-силно магнитно поле при по-високи температури от LTS магнитите. Решаващият съставен елемент в покритата с мед лента е пласт — към ширината на човешка коса — от свръхпроводящ материал рядкоземен бариев меден оксид.

Докато LTS материалите би трябвало да се охлаждат благодарение на безценен течен хелий до температури покрай безспорната нула (минус 273C), лентата rebco демонстрира свръхпроводящи свойства при почти минус 200C, което прави основана на HTS системи евентуално по-евтини и по-мощни.

Tokamak Energy през 2019 година построи и тества HTS магнита с най-високо поле в света, постигайки рекордно поле от 24 тесла при температура минус 253C. Магнитите в устройството JET, което беше изведено от употреба тази година, можеха да генерират единствено магнитни полета до 4 тесла.

„ Показахме с нашите магнити, че можем да ги създадем доста надеждни, постоянни и поредни и това е повратната точка “, сподели Бренан. „ Това не можеше да бъде направено преди седем години. “

Напредъкът на Tokamak Energy в региона на магнитната технология е жизненоважен за нейните проекти за синтез. Докато множеството съществуващи токамаци са с формата на поничка, той възнамерява да построи по-компактен кълбовиден, което ще изисква магнитите на машината да работят допустимо най-ефективно.

Той има за цел да построи пилотна апаратура, способна да доставя електричество в мрежата при започване на 2030 година Следващото термоядрено устройство на държавното управление на Обединеното кралство, STEP, ще употребява сходен дизайн.

За да тества науката и инженерството в своите магнити, Tokamak Energy построи демонстрационно устройство в своето оборудване отвън Оксфорд. Когато бъде приключен тази година, той ще бъде висок 3,2 метра и ще включва 44 магнитни намотки от HTS лента, подредени в сферична групировка към централно ядро. Машината ще възпроизведе силите, нужни в термоядрена електроцентрала, произвеждайки магнитно поле от 18 тесла, съвсем милион пъти по-силно от магнитното поле на Земята.

Въпреки това, евентуалните приложения на HTS магнитите се простират оттатък термоядрения синтез. Способността да работят без нуждата от скъпоструващо изстудяване с течен хелий и високата приемливост към трептения прави HTS магнитите идеални за потребление в MRI скенери в лечебни заведения и друго научно съоръжение за изображения, което сега употребява LTS материали, сподели Бренан. Той сподели, че други приложения на свръхпроводимите качества на HTS могат също да включват понижаване на размера на електрическите мотори за влакове.

Програмата Darpa за морско задвижване изисква HTS магнити, сподели той, тъй като се стреми да построи магнитохидродинамични задвижвания които създават магнитни полета от 20 тесла.

Единственото такова задвижване, тествано досега, е създадено от японската Mitsubishi през 90-те години на предишния век и по-късно е изоставено. Задвижването генерира магнитно поле от почти 4 тесла, което сполучливо задвижи 30-метрова лодка, само че единствено при скорости от 6,6 възела (около 12 км/ч).

Като продаде своя опит в региона на магнитите на други компании за синтез и промишлености, Tokamak Energy споделя, че може да облекчи бъдещите си условия за финансиране. Частните компании за термоядрен синтез са набрали към 7 милиарда $ вложения досега, само че набирането на средства е предизвикателство, до момента в който приходите от комерсиална термоядрена сила остават най-малко след десетилетие.

Tokamak Energy, в която работят към 250 души, е в в средата на различен кръг на финансиране, откакто преди този момент набра 250 милиона $ от частни вложители и държавни дотации. Най-малко $50 милиона от тях са изразходвани за разработка на магнити.

„ Това е доста сложна капиталова история, защото вашите типични вложители на рисков капитал търсят възвръщаемост за избран интервал от време, а бизнесът с магнити оказва помощ ние там, тъй като в действителност можем да посочим възвръщаемост, ” сподели Кристиан Лоуис, общоприет консултант на компанията.

Компанията към този момент е подписала свързани с HTS контракти с няколко клиенти и предвижда, че TE Magnetics може да генерира 8 милиона английски лири годишни доходи през идната година и 300 милиона английски лири годишно до края на десетилетието.

„ Ключът към нашия модел е притежаването на дизайна на магнитите “, сподели Лоуис. „ Независимо дали произвеждаме магнитите, разпореждаме производството на подизпълнител на някой различен, преотстъпваме IP на някой различен или даже ги преотстъпваме на друга компания за синтез, за ​​да могат те да създават сами, всички те са евентуални варианти. “

Графика от Иън Бот