Сотрудничество с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) — один из способов монетизации открытий в области магнитов для компании Tokamak Energy.
В фильме 1990 года «Охота за „Красным Октябрем“» капитан советских ВМС в исполнении Шона Коннери управляет подводной лодкой с магнитогидродинамическим приводом, не заметным для военных гидролокаторов.
Более 30 лет спустя британская компания Tokamak Energy поддерживает программу Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, направленную на то, чтобы сделать бесшумные морские двигатели реальностью.
Сотрудничество с DARPA — один из нескольких способов, с помощью которых компания, занимающаяся исследованиями в области термоядерного синтеза, стремится извлечь выгоду из десятилетней работы над высокотемпературными сверхпроводниковыми магнитами, которые, по ее мнению, могут изменить различные отрасли — от общественного транспорта до медицинской визуализации.
«Мы хотим открыть эру ВТСП», — говорит Лиам Бреннан, директор компании TE Magnetics, которую Tokamak Energy официально представит на следующей неделе. «Мы хотим вывести эти магниты на рынок и заставить их работать».
© Maximum Film/Alamy
Компания Tokamak Energy, созданная в 2009 году на базе Управления по атомной энергии Великобритании, занимается в основном ядерным синтезом. Компания, базирующаяся в Оксфордшире, конкурирует с 40 другими компаниями по всему миру за право первой разработать электростанцию, способную производить коммерчески жизнеспособную чистую энергию путем слияния изотопов водорода.
Перспектива воссоздания реакции, питающей Солнце, волновала ученых на протяжении десятилетий. Реакция, не сопровождающаяся выделением углерода, не создает долгоживущих радиоактивных отходов, изотопы можно добывать в больших количествах, а небольшая чашка топлива способна питать дом в течение сотен лет.
Но после 60 лет экспериментов ни одна группа не смогла довести технологию до совершенства, и нет никаких гарантий, что мечта о термоядерных электростанциях будет реализована.
Самый распространенный подход к термоядерному синтезу использует магниты для подвешивания плазмы из двух изотопов — обычно дейтерия и трития — в устройстве под названием токамак. Затем изотопы нагреваются до экстремальных температур, в 10 раз превышающих температуру в центре Солнца, и ядра сливаются, производя гелий и энергию.
Первое поколение магнитов, используемых в экспериментальных токамаках, таких как ДЖЭТ в Оксфордшире, который начал работу в 1983 году, было изготовлено из меди. В более современных установках, таких как китайская EAST, которая произвела первую плазму в 2006 году, используются так называемые низкотемпературные сверхпроводниковые магниты.
Компания Tokamak Energy будет использовать специально разработанные ВТСП-магниты, изготовленные из уникальной ленты, которая способна генерировать гораздо более сильное магнитное поле при более высоких температурах, чем НТС-магниты. Важнейшим компонентом ленты, покрытой медью, является слой — шириной примерно с человеческий волос — сверхпроводящего материала — редкоземельного оксида бария-меди (REBCO).
В то время как материалы типа НТС необходимо охлаждать с помощью дорогостоящего жидкого гелия до температур, близких к абсолютному нулю (минус 273 °C), лента REBCO проявляет сверхпроводящие свойства при температуре около минус 200 °C, что делает системы на основе ВТСП потенциально более дешевыми и мощными.
В 2019 году компания Tokamak Energy построила и испытала самый мощный в мире ВТСП-магнит, достигнув рекордного значения поля в 24 тесла при температуре минус 253°C. Магниты в устройстве ДЖЭТ, которое было выведено из эксплуатации в этом году, могли генерировать магнитные поля только до 4 тесла.
«Мы показали на примере наших магнитов, что можем сделать их очень надежными, стабильными и постоянными, и это переломный момент», — говорит Бреннан. «Семь лет назад этого нельзя было сделать».
Достижения компании Tokamak Energy в области магнитных технологий жизненно важны для реализации ее планов по термоядерному синтезу. В то время как большинство существующих токамаков имеют форму пончика, компания планирует построить более компактный сферический, что потребует от магнитов максимально эффективной работы.
В начале 2030-х годов планируется построить экспериментальную установку, способную поставлять электроэнергию в сеть. STEP, следующий термоядерный реактор правительства Великобритании, будет иметь аналогичную конструкцию.
Чтобы проверить научные и инженерные разработки в области магнитов, компания Tokamak Energy построила демонстрационный прибор на своем предприятии в окрестностях Оксфорда. После завершения строительства в этом году его высота составит 3,2 метра, и он будет включать 44 магнитные катушки из ВТСП-ленты, расположенные в сферической форме вокруг центрального сердечника. Устройство будет воспроизводить силы, необходимые для термоядерной электростанции, создавая магнитное поле в 18 тесла, что почти в миллион раз сильнее, чем магнитное поле Земли.
Однако потенциальные возможности применения ВТСП-магнитов выходят за рамки термоядерного синтеза. По словам Бреннана, способность работать без дорогостоящего жидкогелиевого охлаждения и высокая устойчивость к вибрациям делают ВТСП-магниты идеальными для использования в МРТ-сканерах в больницах и другом научном оборудовании для визуализации, где в настоящее время используются ВТСП-материалы. По его словам, другие области применения сверхпроводящих свойств ВТСП могут включать уменьшение размеров электродвигателей для поездов.
По его словам, программа DARPA по морским силовым установкам нуждается в ВТСП-магнитах, поскольку она стремится создать магнитогидродинамические приводы, создающие магнитные поля в 20 тесла.
Единственный такой привод, испытанный на сегодняшний день, был разработан японской компанией Mitsubishi в 1990-х годах и затем заброшен. Привод создавал магнитное поле мощностью около 4 тесла, которое успешно приводило в движение 30-метровую лодку, но только на скорости 6,6 узла (около 12 км/ч).
Tokamak Energy считает, что, продавая свои знания и опыт в области магнитов другим компаниям и отраслям термоядерной энергетики, она сможет облегчить свои будущие потребности в финансировании. На сегодняшний день частные термоядерные компании привлекли около 7 миллиардов долларов инвестиций, но привлечение средств остается сложной задачей, поскольку доходы от коммерческой термоядерной энергетики начнут поступать не раньше, чем через десять лет.
Компания Tokamak Energy, в которой работает около 250 человек, находится в середине очередного раунда финансирования, ранее собрав $250 млн от частных инвесторов и правительственных грантов. По крайней мере, $50 млн из этой суммы было потрачено на разработку магнита.
«Это очень сложная инвестиционная история, потому что типичные венчурные инвесторы хотят получить прибыль в определенный период времени, а бизнес по разработке магнитов помогает нам в этом, потому что мы можем реально рассчитывать на прибыль», — сказал Кристиан Ловис, главный юрисконсульт компании.
Компания уже подписала контракты с несколькими клиентами, связанными с ВТСП, и, по оценкам TE Magnetics, может получить 8 млн фунтов стерлингов дохода в следующем году и 300 млн фунтов стерлингов ежегодно к концу десятилетия.
«Ключевым моментом нашей модели является владение разработкой магнитов», — говорит Ловис. «Мы можем производить магниты, передавать их на субподряд кому-то еще, передавать сублицензию на ИС кому-то еще или даже передавать их другой компании, занимающейся термоядерным синтезом, чтобы они производили их самостоятельно, — все это возможные варианты».
Источник: @thebugged
