Британская компания Tokamak Energy завершила испытания высокотемпературной сверхпроводящей магнитной системы Demo4 для термоядерного синтеза

9 сентября 2026 года британская компания Tokamak Energy объявила о завершении 14-месячных испытаний своей термоядерной магнитной системы Demo4, подтвердив способность компании проектировать, изготавливать, интегрировать и эксплуатировать полные высокотемпературные сверхпроводящие (ВТСП) магнитные системы.

Технический опыт, полученный в ходе испытаний Demo4, используется в совместном проекте Tokamak Energy с британской компанией UK Fusion Energy (UKFE) для поддержки разработки высокотемпературных сверхпроводящих магнитных систем в рамках программы термоядерного синтеза Spherical Tokamak for Energy Production (STEP). Полученные результаты также ориентированы на коммерческие применения ВТСП за пределами термоядерного синтеза и были представлены на этой неделе на конференции по прикладной сверхпроводимости ASC 2026 в Питтсбурге, США.

В ходе испытаний инженерная группа повысила пиковое магнитное поле Demo4 до 13,7 тесла, обеспечив работу тороидальных катушек при токе 5600 ампер и проведя циклические испытания системы в рабочем диапазоне температур от 77 до 17 кельвинов. Система одновременно выдерживала поперечные механические напряжения 150 мегапаскалей, что примерно в 1500 раз превышает атмосферное давление.

Demo4, выполненная в конфигурации сферического токамака, актуальной для термоядерных применений, проработала в общей сложности около 10 000 часов в различных режимах возбуждения, включая длительные периоды работы в сильном магнитном поле. Испытания также включали многократные принудительные разряды и разряды с высоким током при напряженности поля до 12,5 тесла для проверки устойчивости системы в аварийных режимах.

Генеральный директор Tokamak Energy Уоррик Мэтьюз заявил, что Demo4 является важной технологической и коммерческой вехой, подтверждающей способность компании проектировать, изготавливать и эксплуатировать полные высокотемпературные сверхпроводящие магнитные системы. Испытания на долговечность предоставили ключевые данные, демонстрирующие надежность конструкции ВТСП, что имеет важное значение для промышленного применения магнитов и электроэнергетических систем.

Лиам Бреннан, руководитель подразделения высокотемпературных сверхпроводников TE Magnetics компании Tokamak Energy, отметил, что конструкция высокотемпературных сверхпроводящих магнитов напрямую влияет на производительность и экономичность термоядерных электростанций. Эксперименты на Demo4 доказали, что интегрированная магнитная система компании способна работать в жестких условиях, приближенных к требованиям термоядерного синтеза, и полученный опыт уже применяется в программе STEP компании UK Fusion Energy.

Demo4 представляет собой полную высокотемпературную сверхпроводящую термоядерную магнитную систему, в которой в единой интегрированной установке одновременно проверяются напряженность и конфигурация магнитного поля, плотность тока, рабочая температура и механические нагрузки. Испытания охватывали не только сами магниты, но и ключевые элементы, обеспечивающие совместную работу нескольких магнитов, включая криогенную систему, систему возбуждения, контрольно-измерительные приборы и систему управления.

Система состоит из 44 высокотемпературных сверхпроводящих катушек в конфигурации сферического токамака. Она включает 14 тороидальных секций, каждая из которых состоит из двух частично изолированных высокотемпературных сверхпроводящих катушек, а также 2 полоидальные катушки, каждая из которых состоит из 8 полностью изолированных высокотемпературных сверхпроводящих катушек. Система охлаждается гелием под давлением до 20 бар и контролируется более чем 600 датчиками, измеряющими напряжение, магнитное поле, температуру и механические напряжения.

Компания Tokamak Energy сообщила, что данные, собранные в ходе текущего цикла экспериментов, будут продолжать использоваться для проверки и совершенствования ее моделей и программного обеспечения управления, что повысит точность прогнозирования характеристик высокотемпературных сверхпроводящих систем и поддержит разработку надежных и устойчивых магнитных систем в будущем.

Результаты испытаний показали, что высокотемпературные сверхпроводящие устройства работают в соответствии с ожиданиями при максимальном магнитном поле 13,7 тесла, подтвердив характеристики критического тока; в диапазоне температур от 77 до 17 кельвинов была дополнительно подтверждена производительность системы при отображении критической поверхности. Надежность более 90 высокотемпературных сверхпроводящих соединений также была подтверждена: сопротивление соединений соответствовало ожидаемым значениям, а стабильная передача тока сохранялась на протяжении всех испытаний.

Испытания также подтвердили, что высокотемпературные сверхпроводящие материалы обладают хорошей термической стабильностью, а раннее обнаружение переходов и активное охлаждение могут служить эффективными средствами предотвращения квенча. В ходе испытаний на отказ и принудительных разрядов при напряженности поля 12,5 тесла и высоких токах в системе не наблюдалось горячих точек или деградации характеристик. Что касается механических свойств, система была проверена при поперечном сжимающем напряжении 150 мегапаскалей, что способствует более глубокому пониманию поведения намотанных катушек.

Кроме того, компания Tokamak Energy заявила, что конструкция ее высокотемпературных сверхпроводящих магнитов подтвердила устойчивость к воздействию термических циклов. Магниты, источники питания, криогенная система, система управления и устройства защиты от квенча работали согласованно как единая система; взаимодействие между высокотемпературными сверхпроводящими токовводами, а также между тороидальными и полоидальными катушками также было проверено в ходе испытаний.

Компания Tokamak Energy является партнером британской правительственной программы термоядерного синтеза STEP по магнитным системам. Благодаря своим возможностям в области производства и проектирования высокотемпературных сверхпроводящих магнитов компания получила контракт от UK Fusion Energy на сумму 70 миллионов фунтов стерлингов сроком до марта 2029 года. Опыт, полученный на Demo4, будет использован при испытаниях масштабной модели катушки STEP, а также в исследованиях высокотемпературных сверхпроводящих магнитных систем для электростанций.

Компания Tokamak Energy также является членом британского альянса Infinity Fusion, в который входят Type One Energy и AECOM, и при поддержке Barclays Bank продвигает разработку коммерческих термоядерных электростанций в Великобритании.