В гонке за освоение энергии звезд, сопоставимой с солнечной, ученые и инженеры сделали ставку на высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) ленты. Этот материал стал ключом к созданию нового поколения магнитов для термоядерных реакторов. Ленты на основе оксида редкоземельных металлов, бария и меди (REBCO) способны проводить огромные токи при более высоких температурах и в более сильных магнитных полях, чем их предшественники. Это позволяет проектировать более компактные, мощные и эффективные установки для управляемого термоядерного синтеза, снижая их стоимость и сложность.
Коммерциализация технологии термоядерного синтеза стремительно приближается благодаря частным инвестициям, достигшим почти 10 миллиардов долларов. По данным Ассоциации термоядерной промышленности (Fusion Industry Association), из более чем 50 профильных компаний 25 занимаются разработкой реакторов на основе магнитного удержания плазмы, и 75% из них рассчитывают начать поставки электроэнергии в сеть к 2035 году. Однако для достижения этой цели потребуется колоссальное количество ВТСП-лент, в десятки раз превышающее текущие мировые производственные мощности, которые составляют около 10 000 км в год.
Основным методом производства ВТСП-лент сегодня является импульсное лазерное осаждение (PLD), позволяющее выращивать тончайшие кристаллические пленки REBCO с превосходными характеристиками. Именно этот процесс определяет производительность и качество конечного продукта. До недавнего времени масштабирование производства считалось главным препятствием для развития отрасли. Один прототип реактора может потребовать до 10 000 км ленты, что эквивалентно площади покрытия в 40 000 м² – размеру шести футбольных полей.
Ответом на этот вызов стала разработка новых промышленных эксимерных лазеров. Платформа LEAP от компании Coherent, изначально созданная для быстрой обработки больших площадей, была адаптирована под нужды производителей ВТСП-лент. Новейшая модель LEAP 600, представленная на выставке Laser World of Photonics, призвана устранить производственный дефицит. Этот лазер мощностью 600 Вт удваивает производительность систем осаждения и в три раза увеличивает время непрерывной работы благодаря технологии активного впрыска газа «на лету».
Новая лазерная система не только наращивает объемы производства, но и снижает его себестоимость. Это критически важный фактор, поскольку для выхода на рынок термоядерная энергетика должна конкурировать по цене с традиционными источниками энергии – углем, газом и атомными электростанциями. Снижение затрат на магниты, составляющие значительную часть стоимости реактора, делает термоядерный синтез более экономически жизнеспособным.
Потенциал ВТСП-лент выходит далеко за рамки термоядерной энергетики. Они способны произвести революцию в передаче электроэнергии, заменив медные кабели на сверхпроводящие высоковольтные линии с нулевыми потерями. Технология уже находит применение в ускорителях частиц, медицинских томографах (МРТ/ЯМР) и на транспорте – от поездов на магнитной подушке (Maglev) до легких и эффективных электродвигателей для самолетов и кораблей. Таким образом, наращивание производства сверхпроводников становится фундаментом для технологических прорывов в самых разных отраслях.
