Понастоящем контролираният термоядрен синтез много често се предвижда като заместител на класическите атомни електроцентрали и дори изкопаемите горива, но въпреки редица сериозни успехи в тази посока, все още не е демонстриран нито един работещ прототип на термоядрен реактор. Изграждането на първия международен термоядрен реактор ITER във Франция (ЕС, Русия, Китай, Индия и Република Корея участват в проекта) все още е на ранен етап от проекта. В същото време американската корпорация Lockheed Martin и екип от изследователи, представляващи Масачузетския технологичен институт (MIT), работят върху разработването на ефективен термоядрен реактор. Експертите от MIT обявиха през август 2015 г. за разработването на нов проект на доста компактен токамак.
Токамак означава тороидална камера с магнитни бобини. Това е устройство с форма на тор, предназначено да съдържа плазма, за да се постигнат необходимите условия за потока на контролиран термоядрен синтез. Самата идея за токамак принадлежи на съветските физици. Предложението за използване на контролиран термоядрен синтез за промишлени цели, както и специфична схема, използваща топлоизолация на високотемпературна плазма чрез електрическо поле, са формулирани за първи път от физика О. А. Лаврентьев в неговата работа, написана в средата на 1950 г. За съжаление, това произведение е „забравено“до 70 -те години на миналия век. Самият термин токамак е въведен от И. Н. Головин, ученик на академик Курчатов. Това е реакторът токамак, който в момента се създава в рамките на международния научен проект ITER.
Докато работата по създаването на термоядрен реактор ITER във Франция върви доста бавно, американски инженери от Масачузетския технологичен институт излязоха с предложение за нов дизайн на компактен термоядрен реактор. Според тях такива реактори могат да бъдат пуснати в търговска експлоатация само за 10 години. В същото време термоядрената енергетика със своите огромни генерирани мощности и неизчерпаемо водородно гориво е останала само мечта и поредица от скъпи лабораторни експерименти и експерименти от десетилетия. През годините физиците дори се шегуват: „Практическото приложение на термоядрения синтез ще започне след 30 години и този период никога няма да се промени“. Въпреки това, Масачузетският технологичен институт смята, че дългоочакваният пробив в енергетиката ще настъпи само след 10 години.
Доверието на инженерите от MIT се основава на използването на нови свръхпроводящи материали за създаване на магнит, който обещава да бъде значително по -малък и по -мощен от наличните свръхпроводящи магнити. Според професор Денис Уайт, директор на Центъра за плазма и термоядрен синтез на MIT, използването на нови търговски налични свръхпроводящи материали на базата на редкоземен бариев меден оксид (REBCO) ще позволи на учените да разработят компактни и много мощни магнити. Според учените това ще позволи постигането на по -голяма мощност и плътност на магнитното поле, което е особено важно за задържането на плазмата. Благодарение на новите свръхпроводящи материали реакторът, според американски изследователи, ще може да бъде направен много по -компактен от съществуващите в момента проекти, по -специално вече споменатия ITER. Според предварителните оценки, при същата мощност като ITER, новият термоядрен реактор ще има половината от диаметъра. Поради това изграждането му ще стане по -евтино и по -лесно.
Друга ключова характеристика в новия проект на термоядрен реактор е използването на течни одеяла, които трябва да заменят традиционните твърдотелни, които са основният „консумативен материал“във всички съвременни токамаци, тъй като те поемат основния поток на неутроните, превръщайки тя се превръща в топлинна енергия. Съобщава се, че течността е много по -лесна за смяна от берилиевите касети в медни кутии, които са доста масивни и тежат около 5 тона. Именно берилиевите касети ще бъдат използвани при проектирането на международния експериментален термоядрен реактор ITER. Брандън Сорбом, един от водещите изследователи в MIT, който работи по проекта, говори за високата ефективност на новия реактор в района от 3 до 1. В същото време, по неговите думи, дизайнът на ректора в бъдеще може да бъде оптимизиран, което евентуално ще позволи да се постигне съотношението на генерираната енергия към изразходваната енергия на ниво 6 към 1.
Свръхпроводящите материали, базирани на REBCO, ще осигурят по -силно магнитно поле, което ще улесни контрола на плазмата: колкото по -силно е полето, толкова по -малко ядрото и плазменият обем могат да бъдат използвани. Резултатът ще бъде, че малък термоядрен реактор може да произвежда същото количество енергия като съвременния голям. В същото време ще бъде по -лесно да се изгради компактен блок и след това да се управлява.
Трябва да се разбере, че ефективността на термоядрен реактор директно зависи от силата на свръхпроводящите магнити. Новите магнити могат да се използват и върху съществуващата структура на токамаци, които имат сърцевина във формата на поничка. Освен това са възможни редица други нововъведения. Заслужава да се отбележи, че големият експериментален токамак ITER, който в момента се строи във Франция, близо до Марсилия, на стойност около 40 милиарда долара, не е взел предвид напредъка в областта на свръхпроводниците, в противен случай този реактор би могъл да бъде наполовина по -малък струват на създателите много по -евтино и биха били изградени по -бързо. Възможността за инсталиране на нови магнити на ITER обаче съществува и това ще може значително да увеличи мощността му в бъдеще.
Силата на магнитното поле играе ключова роля в контролирания термоядрен синтез. Удвояването на тази сила 16 пъти наведнъж увеличава силата на реакцията на синтез. За съжаление, новите свръхпроводници REBCO не могат да удвоят силата на магнитното поле, но все пак са в състояние да увеличат силата на реакцията на синтез с 10 пъти, което също е отличен резултат. Според професор Денис Уайт, термоядрен реактор, който ще може да доставя електрическа енергия на около 100 хиляди души, може да бъде построен в рамките на около 5 години. Трудно е да се повярва сега, но епохален пробив в енергетиката, който може да спре процеса на глобалното затопляне, може да се случи сравнително бързо, практически днес. В същото време MIT е уверен, че този път 10 години не са шега, а реална дата за появата на първите оперативни токамаци.
