Инженеры международного термоядерного проекта ITER приступают к одному из самых важных этапов подготовки реактора — испытаниям его сверхпроводящих магнитов. Для этого на новом испытательном комплексе Magnet Cold Test Facility уже охладили первую гигантскую катушку тороидального поля массой 330 тонн до рабочей температуры всего 4 Кельвина (-269 °C), что лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля.
Цель испытаний — убедиться, что магнитная система работает без сбоев до того, как ее окончательно установят внутрь реактора. Проверка каждого магнита займет от четырех до шести месяцев. За это время специалисты будут подавать на катушки токи до 68 кА для тороидальных магнитов и до 48 кА для полоидальных, что соответствует их будущим рабочим режимам.
Именно магнитная система будет удерживать внутри реактора раскаленную плазму, температура которой достигнет десятков миллионов градусов. Для этого ITER использует 18 огромных D-образных катушек тороидального поля, шесть полоидальных катушек и шесть модулей центрального соленоида. Вся система сможет накапливать до 51 ГДж энергии — это сопоставимо с энергией нескольких тонн взрывчатки.
Магниты изготовлены из сверхпроводящих сплавов ниобия-олова и ниобия-титана. При охлаждении жидким гелием они практически полностью теряют электрическое сопротивление, что позволяет создавать мощнейшие магнитные поля с минимальными затратами энергии. Без таких сверхпроводников создание промышленных термоядерных реакторов было бы практически невозможно.
Однако сверхпроводимость требует очень точного соблюдения условий. Если температура, ток или магнитная нагрузка превысят допустимые пределы, может произойти так называемый «квенч» — мгновенная потеря сверхпроводящих свойств с резким выделением большого количества тепла. Поэтому одна из главных задач испытаний — проверить системы безопасности, которые должны обнаруживать такие ситуации за доли секунды и предотвращать повреждение оборудования.
Параллельно специалисты тестируют взаимодействие магнитов с системами питания, охлаждения, вакуумным оборудованием и управляющей электроникой. Хотя испытательный стенд не способен полностью воспроизвести условия работы реактора, он позволяет заранее выявить возможные проблемы с изоляцией, механическими нагрузками и сверхпроводящими соединениями.
Для проведения таких испытаний была создана масштабная инфраструктура: комплекс включает 20-метровую криогенную камеру, мощные линии электропитания и прямое подключение к крупнейшей гелиевой холодильной установке ITER. Новый стенд разместили в бывшем сборочном цехе, где ранее изготавливались сами магнитные катушки, что позволило использовать уже существующие тяжелые краны и оборудование.
Генеральный директор ITER Пьетро Барабаски отметил, что такой подход помогает снизить риски перед окончательной сборкой реактора. Кроме того, опыт, полученный при испытаниях сверхпроводящих магнитов, может пригодиться не только ITER, но и будущим коммерческим термоядерным электростанциям, которые сейчас активно разрабатываются по всему миру.