Макет термоядерного реактора на 3D-принтере
Тор с катушками и плазменным шнуром — одна из самых красивых машин в науке. Объясняем, как она устроена, и как сделать учебный макет с разрезом и подсветкой.
Обновлено 28.10.2026
Идея термоядерного синтеза проста: соединить лёгкие атомы так, чтобы выделилась энергия, как на Солнце. На практике нужно разогреть газ до десятков миллионов градусов и удержать его, не касаясь стенок. Для этого придуманы магнитные ловушки, и макеты таких машин впечатляют на выставках.
Как устроен токамак
Вакуумная камера. Замкнутый тор — бублик, внутри которого находится плазма. Стенки облицованы материалами, выдерживающими нагрев.
Тороидальные катушки. Ряд D-образных катушек вокруг тора создаёт основное магнитное поле, удерживающее плазму.
Центральный соленоид. Столб вдоль оси тора. Меняющийся ток в нём индуцирует ток в плазме, который нагревает её и добавляет часть магнитного поля.
Полоидальные катушки. Кольца вокруг камеры, формирующие и позиционирующие плазменный шнур.
Криостат и защита. Внешний корпус, теплоизоляция, радиационная защита.
Стелларатор
Стелларатор обходится без тока в плазме. Магнитное поле создают только внешние катушки, которые закручены сложным образом. Он выглядит как тор, скрученный лентой с изогнутыми катушками неправильной формы. Для 3D-печати это идеальный объект: форму трудно сделать иначе.
Из чего состоит макет
| Элемент | Материал | Особенности |
|---|---|---|
| Основание и подставка | PLA | Плита с подписью |
| Камера-тор | PLA или PETG | Две половины для разреза |
| Катушки | PLA, покраска «под медь» | 16–20 штук |
| Центральный соленоид | PLA | Трубка с обмоткой |
| Окно в плазму | Прозрачный фотополимер | Смотровое окно |
| Плазменный шнур | Полупрозрачный PLA, подсветка | Рассеивание света |
Подробнее о материалах — на странице PLA и фотополимерной печати.
Масштаб и размеры
Реальный токамак имеет радиус 2–6 метров, крупнейшие установки — до 6 м по большому радиусу. Для макета выбирают масштаб, при котором тор помещается на стол. Диаметр бублика 20 см примерно соответствует 1:50 для небольшой установки. Катушки толщиной 3–5 мм печатают с зазором, чтобы они не слипались при покраске. Для сборки используют штифты и клей.
Разрез и подсветка
Макет с разрезом показывает внутреннее устройство: вакуумная камера, катушки, плазма. Одну четверть тора делают съёмной либо вырезают окно. Плазменный шнур выглядит светящимся фиолетовым кольцом. Для этого в основании прячут светодиодную ленту 5 В, а над ней ставят полупрозрачную пластину, рассеивающую свет.
Подписи (катушки, камера, соленоид) наносят на таблички или прямо на подставку рельефным текстом высотой от 3 мм.
Применение
- Музеи науки и центры детского творчества. Экспонат с описанием принципа.
- Вузы и школы. Наглядная модель для лекций по физике.
- Научные институты. Макет для выставок и стендов.
- Презентации проектов. Объёмная иллюстрация для грантов и отчётов.
Подготовка модели
Если у вас есть чертёж или трёхмерная схема, мы напечатаем макет по ней. Если нет, нарисуем по фотографиям и схемам с вашим участием. Для упрощения форму катушек и камеры стилизуют: детали получаются чёткими и читаемыми в масштабе. Подробнее о подготовке макетов — на странице макетов.
Пример: учебный токамак для кабинета физики
Тор диаметром 30 см делится на четыре сегмента по 90 градусов. Одна четверть снимается, открывая разрез: видно вакуумную камеру, катушки и плазменный шнур. Шестнадцать катушек D-образной формы печатаются отдельно и красятся медной краской. В центре стоит соленоид-стержень с проволочной обмоткой для эффекта. Светодиодное кольцо под полупрозрачным тором даёт фиолетовое свечение, регулируемое реостатом. К макету прилагается табличка с подписями ключевых узлов и схемой работы. Печать занимает около 70–90 часов, сборка и покраска — ещё 3–4 дня.
Как сделать макет понятным ребёнку
Подпишите три главных узла и дайте им цвета: камера голубая, катушки медные, плазма фиолетовая. Не нагружайте стенд лишними деталями: на лекции важнее показать принцип «магнитное поле держит горячий газ», чем весь реактор в подробностях.
Если нужно сделать
Пришлите схему или описание, укажите размер и назначение — музей, лекция, подарок. Мы подберём масштаб, смоделируем, напечатаем, покрасим и подготовим к подсветке. Заказ — на странице макетов, модель по схемам — через 3D-моделирование, цена — в калькуляторе.