俄罗斯研制出聚变反应堆高温超导导线

隶属于Rosatom的DV Efremov电物理装置研究所(NIIEFA)已制造并测试了用于NIIEFA正在开发的TRT(采用反应堆技术的托卡马克)反应堆电磁系统(EMS)的高温超导(HTSC)导线。

“低温技术与应用超导部门……生产了一根全长5米的导线样品，该导线由240根HTSC带材置于铜稳定基体中构成，”超导系统研究部门负责人Andrey Mednikov解释说。“基体内部有一个用于泵送温度5-20开尔文[约零下268至零下253摄氏度]制冷剂的通道。外部结构由高强度不锈钢制成的耐用外壳保护。实际上，这是将在装置中使用导线的短版本，用于在约18特斯拉[磁场强度单位]的磁场中承载高达65千安的电流。这样的创纪录参数以前从未实现过。”

该样品在液氮温度下进行了测试。发现冷却到约零下196°C后，导线进入超导状态。向样品中引入了工作电流，其极限(临界)值基于HTSC带材的初始特性计算得出。使用诊断线路监测导线状态，所有参数都在专用测量台上记录。

“作为比较，国际热核实验堆(ITER)使用的低温超导体由铌钛(NbTi)和铌锡(Nb)导线制成，分别在约4.5开尔文温度、高达8和13特斯拉磁场以及高达48和68千安电流下运行，尺寸约为54×54毫米。为TRT开发的导线将由钇钡铜氧化物带材制成，在5-20开尔文温度、高达20特斯拉磁场、高达80千安电流下运行，尺寸约为26×26毫米。因此，TRT导线将采用根本不同的材料，并在大多数特性上优于ITER导线，”Mednikov说。

NIIEFA表示，尽管TRT的工作温度预计为零下250至零下270摄氏度，但许多对项目重要的研究可在约零下196°C温度下进行。这将显著降低成本和简化测试，还允许在更短时间内测试更多样品，从而缩短TRT托卡马克的开发时间。

计划在2026年制造并测试另外两根导线，每根长度超过60米(TRT预计将使用数十公里导线和30多个不同尺寸线圈)。2027年，这些导线将用于制作直径约1米的全尺寸中心螺线管模型线圈，该线圈由40匝组成，分两层铺设。

TRT的初步设计工作于2022年开始，部分基于参与国际ITER项目获得的经验和知识。一份概念文件将该项目描述为“旨在促进快速且经济合理地过渡到纯聚变反应堆以及用于混合聚变-裂变系统的聚变中子源”。

该项目由Rosatom科技计划和项目部领导，是俄罗斯联邦原子能利用领域工程、技术和科学研究综合发展计划(RTTN)的一部分。

TRT将建在Troitsk创新与热核研究所(TRINITI)场址，目前TSP强场托卡马克位于此处。TSP托卡马克于1987年开始运行，但在苏联解体后因缺乏资金而暂停。它有四个附属建筑和辅助基础设施。作为RTTN计划的一部分，计划进行重大重建。

TRINITI正在为TRT建设准备必要的基础设施。TRT将用于研究接近点火状态的准稳态模式下的等离子体行为，并改进额外等离子体加热、燃料供应和覆盖层技术。该装置还将有助于开发新的诊断技术和氚技术。