Современная электроника №3/2025

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2025 Напряжённость магнитного поля генератора от Energy Singularity пред­ полагает прирост в 110% относитель­ но токамака SPARC, создаваемого MIT (Massachusetts Institute of Technology). Термоядерный реактор SPARC SPARC – это токамак, разрабатывае­ мый концерном Commonwealth Fusion Systems (CFS) в сотрудничестве с Мас­ сачусетским технологическим инсти­ тутом (MIT) – Центром науки о плазме и термоядерного синтеза (PSFC). Уста­ новка SPARC строится на территории кампуса института в штате Массачу­ сетс (США). SPARC насыщен сверхпро­ водящими обмотками на основе высо­ котемпературного сверхпроводника YBCO (Yttrium Barium Copper Oxide). На рис. 5 показана иллюстрация взаимо­ действия элементов токамака SPARС. Преимущество установки заклю­ чается в сверхпроводящих магнитах из условно нового материала – сталь­ ной ленты, покрытой оксидом меди, иттриябария (YBCO). Это высокотем­ пературные сверхпроводящие магни­ ты, сохраняющие сверхпроводимость при температурах до 77К (оптимально при 10К). Прототип катушки высокого поля получился удачным: при испы­ таниях в 2021 году впервые постав­ лен рекорд для высокотемпературных сверхпроводящих магнитов с напря­ жённостью поля 20 Тл при температу­ ре 20К [6]. Ожидается, что полученная в результате реакции плазма будет генерировать минимум в 2 раза боль­ ше энергии, чем требуется для поддер­ жания работы энергоустановки при высоких температурах (200 млн К), что даёт коэффициент усиления при термоядерном синтезе Q > 2 при ожи­ даемом Q ≈ 11 [6]. Создание магнитов стало возможным благодаря высоко­ температурной сверхпроводящей тех­ нологии – HTS. В сравнении со SPARС у продукта компании Energy Singularity диаметр – 90% от SPARC, а объём – око­ ло 70% от SPARC, то есть меньше преж­ него, что позволяет снизить производ­ ственные затраты. Интересно, что ещё 4 года назад специалисты осторожно высказывались на эту тему, прикры­ ваясь словами «может быть, он ког­ данибудь станет действующим» [4]. Термоядерный реактор SPARC – это полномасштабный прототип мощной электростанции. Конструкция создаёт­ ся на основе концепции дуговой тер­ моядерной электростанции [6]. По расчётам разработчиков, устройство способно вырабатывать до 140 МВт термоядерной мощности за 10 секунд, несмотря на относительно компакт­ ные размеры. Название энергоуста­ новки разработчиками выбрано по смыслу фразы «наименьшая возмож­ ная дуга», где ARC означает «доступ­ ный, надёжный, компактный». Некоторые технические характери­ стики энергоустановки (получены в [6]). ● Большой радиус 1,85 м. ● Малый радиус 0,57 м. ● Объём плазмы 20 м³. ● Магнитное поле 12,2 Тл. ● Мощность нагрева 25 МВт. ● Плазменный ток 8,7 млн лет. ● Температура плазмы 80×10 6 К. Отличие SPARC от других токама­ ков в использовании «высоких» маг­ нитных полей. Современные магнит­ ные системы способны генерировать поле со значением около 21–25 Тл на их поверхности и примерно 12 Тл в центре плазмы (в реакторе). Это поч­ ти в 4 раза сильнее, чем в действую­ щем и крупнейшем в мире экспери­ ментальном термоядерном реакторе JET, и в 2 раза выше, чем в строящемся совместном проекте КНР и Франции ИТЭР – Международном термоядерном экспериментальном реакторе, о кото­ ром скажем далее. То есть новейшая Рис. 4. Вид на строительную площадку демонстрационного комплекса термоядерной энергостанции, 2022 год Рис. 5. Иллюстрация взаимодействия элементов токамака SPARS Внутренние катушки полоидального поля (первичная цепь трансформатора) Полоидальное магнитное поле Внешние катушки полоидального поля (для позиционирования и формирования плазмы) Результирующее винтовое магнитное поле Плазменный электрический ток (вторичная цепь трансформатора) Катушки тороидального поля Тороидальное магнитное поле