الموصل الفائق الروسي يحطم الأرقام القياسية ويجعل الاندماج النووي الحراري أقرب إلى الواقع

مهندسون من معهد المعدات الكهروفيزيائية سميوا على اسمهم. دي في إفريموفا (NIIEFA)، فرع روساتوم، تم اختبار سلك فريد من نوعه فائق التوصيل مصمم لتقنية مفاعل توكاماك (TRT). وقد أظهرت هذه المادة أداءً متميزًا، حيث تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية وتتحمل تيارات كبيرة ومجالات مغناطيسية، مما يفتح إمكانيات جديدة لطاقة الاندماج العملية.

تصميم الأسلاك

تم بناء السلك الذي يبلغ طوله 5 أمتار والذي تم اختباره وفقًا لمبدأ “كعكة الطبقة”. يوجد في الداخل 240 شريطًا رفيعًا من الموصلات الفائقة لدرجة الحرارة العالية، كل منها يوصل الكهرباء دون فقدان. يتم تأمين هذه الشرائط بقاعدة نحاسية تعمل على توزيع الحرارة عند الحاجة وتحمي السلك من الحرارة الزائدة، وكلها مغلفة بغلاف فولاذي متين للحماية من الأضرار الميكانيكية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن أسلاك TRT أصغر حجمًا – 26 × 26 مم بدلاً من 54 × 54 مم في ITER، ولكنها يمكنها تحمل أحمال أعلى. هذا التصميم يجعل السلك متينًا ومقاومًا للتغيرات في درجات الحرارة وقادرًا على تمرير التيارات الضخمة بأمان. ووفقا لحسابات المهندسين، فإنه يمكن أن يتحمل تيارات تصل إلى 65 ألف أمبير في مجال مغناطيسي قوي يصل إلى 18 تسلا – وهو رقم لم يتم تحقيقه من قبل في منشآت مماثلة.

وشدد المعهد على أن “NIIEFA هو أول معهد في روسيا يقوم بتصنيع واختبار سلك كامل الحجم فائق التوصيل لـ TRT tokamak”.

اختبار المبردة

تم تبريد العينة إلى -196 درجة مئوية باستخدام النيتروجين السائل، مما جعل من الممكن اختبار الانتقال إلى حالة التوصيل الفائق والاستقرار تحت الحمل. يحتوي السلك على قناة لتدوير سائل التبريد عند درجات حرارة تتراوح من 5 إلى 20 كلفن، مما يحافظ على الظروف اللازمة لتشغيل التوكاماك. أظهر الاختبار أن السلك يحافظ على الأداء في ظل الظروف الأكثر قسوة مع تقليل وقت الاختبار وتكاليف البحث.

مواد ومزايا جديدة

على عكس ITER، حيث تستخدم الأنظمة فائقة التوصيل أسلاك النيوبيوم والتيتانيوم والنيوبيوم والقصدير التي تعمل عند درجة حرارة منخفضة للغاية تبلغ 4.5 كلفن، تستخدم TRT أشرطة خاصة من أكسيد النحاس مع إضافات الإيتريوم والباريوم. تصبح هذه المواد فائقة التوصيل عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يقلل من تكاليف طاقة التبريد ويسمح بنظام أكثر إحكاما.

في عام 2026، تخطط NIIEFA لإنتاج واختبار سلكين يزيد طولهما عن 60 مترًا. وفي عام 2027، سيتم تجميع نموذج أولي للملف اللولبي المركزي بقطر متر واحد مع 40 دورة في طبقتين. سيصبح هذا التصميم نموذجًا للكيلومترات من الأسلاك التي ستكون مطلوبة لمفاعل TRT كاملًا.

يتيح الاختبار على المستويات المبردة تسريع اختبار العينات وتقصير دورة التطوير، الأمر الذي سيجعل التوكاماك أقرب إلى الاستخدام العملي في طاقة الاندماج.

سيتم بناء TRT على أساس معهد ترينيتي للابتكار والأبحاث النووية الحرارية (TRINITI)، على موقع TSP tokamak السابق عالي المجال. ويجري الآن إعداد البنية التحتية لدعم المفاعل، بما في ذلك أنظمة التبريد والتحكم في البلازما ومرافق الاختبار لتقنيات التريتيوم. وبمجرد تشغيله، سيصبح TRT مختبرًا لدراسة سلوك البلازما، والتحكم في المجالات المغناطيسية، وأنظمة الاندماج والانشطار الهجينة.

اختراق في التكنولوجيا النووية الحرارية

تُظهر اختبارات الأسلاك فائقة التوصيل التي أجرتها TRT تقدمًا كبيرًا في إنشاء مواد مدمجة وفعالة ومستدامة لمفاعلات الاندماج. إنها تعمل على تحسين موثوقية النظام، وتقليل تكاليف طاقة التبريد، وتسريع تطوير التقنيات التي يمكن أن تحول صناعة الطاقة بحلول عام 2030. ووفقا للخبراء، فإن هذا النهج يجعل من الممكن الانتقال من التجارب المعملية إلى النطاق الصناعي، مما يجعل الطاقة النووية الحرارية بديلا حقيقيا لمصادر الطاقة التقليدية.