К 2024 году в ТРИНИТИ создадут инфраструктуру для термоядерного реактора нового поколения

ТРИНИТИ — ​один из ключевых исполнителей комплексной программы РТТН в части создания плазменных и лазерных технологий. Корреспондентка «СР» побывала в институте и узнала, каких главных результатов достигли ученые за этот год.

Термоядерная экспериментальная установка нового поколения

На старте комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года» (РТТН) рассматривались два варианта создания токамака на территории ТРИНИТИ: в рамках российско-итальянского партнерства или силами отечественных организаций. Сегодня более вероятен второй вариант. Проект токамака реакторных технологий (ТРТ) будут разрабатывать организации «Росатома» и НИЦ «Курчатовский институт» в содружестве с институтами РАН. К концу 2024 года рассчитывали создать инфраструктуру для будущей установки: ударные генераторы, криогенную и вакуумную системы, систему охлаждения, а также тест-объект, который позволит проводить испытания отдельных элементов токамаков — ​но это лишь в случае выделения дополнительного бюджетного финансирования федерального проекта, которое пока не получило согласования правительства. Сам токамак нужно построить к 2030 году.

«В этом году мы начали эскизное проектирование элементов ТРТ: вакуумной камеры и оболочки криостата, — ​рассказал заместитель гендиректора по реализации комплексной программы РТТН Кирилл Ильин. — ​Разрабатывается диагностическое оборудование. Началась подготовительная работа для лицензирования ТРТ, совместно с ИБРАЭ РАН, НТЦ ЯРБ и Ростехнадзором разрабатываем нормативные документы. Основное проекти­рование начнется в следующем году. Параллельно стартует стройка».

В ТРИНИТИ в этом году запустили VR-комплекс: надеваешь шлем виртуальной реальности и оказываешься внутри токамака. Манипуляторами можно его разобрать и собрать заново. «Конструкцию деталей, систем и узлов мы будем проверять на виртуальной модели, прежде чем заказывать изготовление, — ​отметил Николай Родионов, начальник лаборатории, руководитель проекта модифицированного ТСП (токамак с сильным полем, установка для магнитного удержания плазмы). — ​Модель также помогает отрабатывать монтажные операции».

Электрореактивный двигатель

ТРИНИТИ должен к 2024 году представить лабораторный прототип ракетного двигателя на базе магнитно­плазменного ускорителя. «У нас готов прототип ускорителя плазмы с удельным импульсом не менее 100 км/c, — ​сообщил Кирилл Ильин. — ​Это ключевой элемент всей системы».

Ученые сделали «маленький космос» — ​вакуумную камеру для испытаний прототипа. «С торца камеры установлен новый плазменный ускоритель, — ​объяснил руководитель проекта Константин Гуторов. — ​Мы отрабатываем режимы, в которых будет работать импульсный периодический плазменный двигатель, оптимизируем конструкцию. Внутри камеры установлены измерительные системы, определяющие параметры плазменного потока. В ходе экспериментов мы добились равномерного ускорения рабочего тела: весь газ, который мы подаем в ускоритель, достигает высоких скоростей. Это сделано впервые в мировой практике».

Мощный источник нейтронов

Источник нейтронов мегаэлектронвольтного диапазона создается на основе плазменных ускорительных технологий. «Два ускорителя направляют пучки плазмы навстречу друг другу, — ​пояснил принцип работы перспективной установки Кирилл Ильин. — ​При столкновении будут происходить реакции ядерного синтеза с выходом высокоэнергичных нейтронов. Этот способ потенциально эффективнее других. Сфера применения широкая: решение материаловедческих задач термоядерной энергетики, получение изотопной продукции и т. д.».

Сейчас в ТРИНИТИ идет сборка первого ускорителя системы. В следующем году на нем проведут лабораторные эксперименты, затем изготовят второй. «Дальше — ​отработка режимов, чтобы получить необходимые параметры плазмы», — ​рассказал руководитель проекта Василий Немчинов.

Лазерный термоядерный синтез

Лазерная установка для экспериментов по управляемому термоядерному синтезу с инерциальным удержанием плазмы создается в Сарове, на площадке РФЯЦ-ВНИИЭФ. ТРИНИТИ — ​партнер ядерного центра в проекте. «Мы построили стенд для изучения физических процессов и явлений, возникающих при диодной накачке и активном газовом криогенном охлаждении, — ​сообщил руководитель проекта Вячеслав Островский. — ​Это уникальный инструмент, позволяющий моделировать и испытывать сколь угодно сложные лазерные схемы и отрабатывать различные подсистемы: установки криогенного охлаждения, удаленной диодной накачки и др. Все комплектующие стенда — ​российского производства, при этом он не уступает лучшим мировым аналогам».

Один из экспериментов на стенде дал неожиданный результат: ученые смогли усилить лазерный импульс до небывалых значений. «Этого пока никто в мире не достигал. Сейчас нужно подтвердить результат, — ​отметил Кирилл Ильин. — ​А дальше думать, как эту энергию обуздать, как регулировать».

Плазменная и лазерная модификация материалов

Ученые давно заметили, что обработка поверхностей материалов лазерным лучом или плазмой способна менять их свойства, в частности повышать коррозионную стойкость и прочность металлов, что очень бы пригодилось и в авиации, и в космосе, и в атомной энергетике. Цель текущих исследований — ​исследовать преимущества режимов комплексной лазерно­плазменной обработки, сделать ее результат предсказуемым.

«В этом году работа не получила достаточного финансирования, поэтому вели в основном теоретические исследования, — ​рассказал Кирилл Ильин. — ​В будущем рассчитываем создать новую установку и начать эксперименты».

Жидкая стенка для токамака

Как известно, первая стенка термоядерного реактора испытывает самое разрушительное воздействие горячей плазмы. Чтобы ослабить его, в ТРИНИТИ предлагают использовать инновационную жидкометаллическую литиевую защиту.

В этом году в ходе совместных работ специалистам ТРИНИТИ и «Красной Звезды» (тоже входит в «Росатом») впервые удалось осуществить внешнюю дозаправку эмиттерной системы токамака Т‑11М литием без нарушения вакуумных условий в его рабочей камере. Ученые рассчитывают снабдить литиевой защитой недавно созданный в НИЦ «К­урчатовский институт» токамак Т‑15МД, а впоследствии и ТРТ.

Кирилл Ильин
Заместитель гендиректора ТРИНИТИ по реализации комплексной программы РТТН

— Комплексная программа РТТН пока принята в базовом варианте. Логика такая: давайте посмотрим, получится ли у вас пройти первые этапы НИОКР, а дальше посмотрим на результаты и примем решение о дополнительном финансировании. Сейчас по нашим проектам понятно, что первый этап мы прошли, нужно реализовывать федеральный проект по лазерным и плазменным технологиям в полном объеме — ​с созданием не только новых технологий, но и новых образцов техники мирового уровня и внедрением их в промышленность. В госкорпорации делается все возможное, чтобы получить дополнительное финансирование и реализовать главные атомные проекты в полном объеме. В январе 2022 года рассчитываем на окончательное решение правительства страны.