Ученые из Даремского университета завершили одну из крупнейших в истории программ проверки сверхпроводящих материалов, что стало важнейшим этапом для международного экспериментального термоядерного реактора ITER. Масштабное исследование не только подтвердило качество сверхпроводящих проводов, необходимых для создания гигантских магнитов реактора, но и усовершенствовало методы их тестирования. Эта работа закладывает более надежную основу на пути к практическому использованию термоядерной энергии.
Термоядерный синтез часто называют «Святым Граалем» чистой энергетики. В отличие от ядерного распада, используемого на современных АЭС, синтез объединяет легкие атомные ядра – обычно изотопы водорода – в более тяжелые, высвобождая при этом колоссальное количество энергии. Именно этот процесс питает Солнце. Укрощение этой реакции на Земле способно обеспечить человечество практически безграничной энергией из доступного топлива, такого как дейтерий, извлекаемый из морской воды, без выбросов углерода и с минимальным количеством радиоактивных отходов.
Реактор ITER, строящийся на юге Франции, является самым амбициозным проектом в истории термоядерной энергетики. Его главная задача – продемонстрировать возможность управляемого синтеза в невиданных ранее масштабах. В основе установки лежит удержание плазмы – сверхгорячего ионизированного газа – при температурах, превышающих температуру ядра Солнца. Для этого используются мощнейшие сверхпроводящие магниты, надежность которых напрямую зависит от качества проводов, из которых они состоят. Проверка этих материалов – ключевой шаг для успеха всего проекта.
Даремский университет стал одной из официальных референтных лабораторий ITER в Европе еще в 2011 году. Команде под руководством профессора Дамиана Хэмпшира и доктора Марка Рэйна было поручено разработать специализированные методы для испытаний сверхпроводящих проводов из ниобий-олова (Nb₃Sn) и ниобий-титана (Nb–Ti). За десять с лишним лет исследователи обработали и протестировали 5500 образцов проволоки, проведя 13 000 отдельных измерений и подвергая материалы термообработке при температуре свыше 650°C.
Одним из главных достижений проекта стал новый статистический подход к проверке проводов из Nb₃Sn, которые необратимо изменяют свои свойства во время испытаний. Ученые доказали, что измерения, проведенные в разных лабораториях на соседних жилах провода, могут служить точной заменой друг другу. Это не только снижает затраты и обеспечивает согласованность результатов, но и устанавливает новый мировой стандарт для тестирования сверхпроводящих материалов, повышая уверенность в надежности магнитной системы ITER.
Работа британских ученых проходит на фоне ускоряющейся мировой гонки за коммерческой термоядерной энергией. Сам проект ITER планирует получить первую плазму в 2035 году, однако частные компании стремятся достичь коммерческих успехов еще раньше. Так, компания Helion Energy заключила сделку с Microsoft на поставку термоядерной электроэнергии к 2028 году, а Commonwealth Fusion Systems, поддерживаемая Google, уже получила предварительные заказы на 200 мегаватт мощности в 2030-х годах. Великобритания также развивает собственный прототип реактора STEP, инвестируя в исследования 2,5 млрд фунтов стерлингов.
Вклад Даремского университета не ограничивается исследованиями. Вуз также является ведущим партнером британского Центра докторантуры в области термоядерной энергии, готовя новое поколение ученых и инженеров. Успешное завершение программы проверки является не просто техническим достижением – это фундаментальный шаг к безопасному, изобильному и безуглеродному электричеству будущего. Благодаря работе ученых мощные магниты ITER, а вместе с ними и будущее термоядерной энергетики, стоят на прочном фундаменте.
