На связи токамак: термоядерные исследования станут доступнее

«Росатом» создает единое информационное пространство для экспериментов в сфере управляемого термоядерного синтеза. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» стал первым вузом, который получил возможность удаленно проводить опыты на больших токамаках и предоставлять доступ к своей установке коллегам по кооперации.

Старт первому эксперименту на токамаке МИФИСТ-0 18 ноября дали гендиректор «Росатома» Алексей Лихачев и ректор НИЯУ «МИФИ» Владимир Шевченко. Ток в рабочей камере «зажегся» примерно через миллисекунду и тек 20 миллисекунд, температура плазмы достигла 500 тыс.℃. Данные спектров излучения в мягком рентгеновском и оптическом диапазонах сразу появились на больших экранах в Центре дистанционного участия.

Центр — коммуникационный узел единого информационного пространства термоядерных исследований, такие организовывают во всех научных и учебных учреждениях, которые подключаются к единому пространству. Выстроенная на защищенных каналах связи и программном инструментарии с открытым кодом универсальная информационная сеть представляет собой систему распределенных лабораторий. Она включает облачное хранилище с результатами экспериментов, вычислительные мощности для их обработки, программы планирования опытов, базу знаний по токамакам и, пожалуй, главное — систему дистанционного доступа к исследовательским мощностям. Благодаря ей мифисты, к примеру, смогут участвовать в экспериментах научных институтов, а студенты вузов, где нет токамаков, — подключаться к лабораторным работам на МИФИСТ-0.

Ядерный университет стал 13-й точкой в сети наряду с такими авторитетными организациями, как НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова, Институт ядерной физики им. Будкера Сибирского отделения РАН, Физико-технический институт им. Иоффе РАН, Санкт-Петербургский политехнический университет, проектная площадка подмосковного исследовательского токамака TРT и др.

Анатолий Красильников, директор входящего в «Росатом» Проектного центра ИТЭР, приветствовал мифистов со стройплощадки Международного экспериментального термоядерного реактора на юге Франции. «Произошло важнейшее событие: мы присоединили первый учебный токамак к единому информационно-коммуникационному пространству. Это позволит обеспечить приток кадров в исследования, связанные с термоядерными технологиями, — отметил Анатолий Красильников. — Только что заходил гендиректор ИТЭР Пьетро Барабаски. Посмотрел, как тут все устроено, и остался доволен».

«У студентов МИФИ появилась возможность уже с первого курса участвовать в реализации крупнейшего проекта планетарного масштаба», — акцентировал важность интеграции МИФИСТ-0 с проектом ИТЭР Алексей Лихачев.

Единое информационное пространство будет расширяться. В планах — подключение проектного направления «Прорыв», строящегося в Димитровграде многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР, двух китайских и одной казахстанской площадки. Как отметил Владимир Шевченко, в университете важно готовить не только специалистов, которые умеют эксплуатировать такие установки, как токамак, но и разработчиков принципиально новых термоядерных устройств.

От идеи до воплощения проект первого в России и на всем постсоветском пространстве университетского токамака заняла шесть лет. Поначалу, вспоминает старший научный сотрудник кафедры физики плазмы, руководитель проекта токамака МИФИСТ-0 Степан Крат, установка создавалась исключительно как учебно-демонстрационная. Привлекали пожертвования выпускников.

«Магнетроны брали из бытовых микроволновок — сломали восемь старых СВЧ-печей. Тороидальные катушки студенты-младшекурсники вырезали ножницами по трафарету из медного листа, — рассказывает Степан Крат. — Полоидальные катушки наматывали вручную — в одном НИИ «Росатома» мы посмотрели, как этот процесс организован на моторной тяге».

Сейчас те студенты уже аспиранты НИЯУ «МИФИ», работают в ведущих отечественных научных центрах: Егор Винецкий — на токамаке Т-15 МД в Курчатовском институте, Максим Гришаев — на сферическом токамаке «Глобус-М2» в Физико-техническом институте им. Иоффе РАН. В лаборатории физико-химических процессов в стенках термоядерных установок Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ «МИФИ» защищен десяток дипломов, в учебную программу старшекурсников включены две лабораторные работы.

Спустя некоторое время НИЯУ «МИФИ» направил на токамак часть бюджета на научно-техническое творчество молодежи и средства государственной программы поддержки университетов «Приоритет-2030». Затем МИФИСТ-0 вошел в реализуемый «Росатомом» федеральный проект «Термоядерные и плазменные технологии», а госкорпорация внесла эту работу в свой единый отраслевой тематический план.

На одном экспериментальном канале МИФИСТ-0 укреплена лазерная установка. «Коллеги с кафедры лазерной физики создают многоканальный интерферометр на инфракрасном лазере для большого токамака в Курчатовском институте. Применительно к лазерной установке процессы что на нашем токамаке, что на установке мегасайенс-класса почти одинаковы, — объясняет Степан Крат. — Поэтому гораздо удобнее, не задействуя большую машину, отработать все технические решения здесь».

Похожий трек собираются реализовать с экспериментом по боронизации (защиты поверхности соединением бора) внутренней стенки токамаков. На небольшой установке чисто технически провести такой опыт проще, да и риск меньше: отремонтировать учебный токамак, который вышел из строя из-за нежелательных физико-химических процессов, можно за месяц-другой, а большой научный, случись что, встанет на несколько лет.

Конечно, по физическим параметрам с индустриальной термоядерной установкой МИФИСТ-0 не сравнить. Кстати, две последние буквы аббревиатуры расшифровываются как «сферический тороидальный» (это класс токамаков), а «0» — нулевая полезная мощность на выходе. С тяжелыми изотопами водорода здесь работать не собираются, да и вообще термоядерную реакцию синтеза для получения энергии не планируют: это потребовало бы огромных затрат на защиту от нейтронного потока. Но самой установке мощности нужно много. В неприметной комнате в глубине лаборатории рядами стоят конденсаторы, суммарно накапливающие примерно полмегаджоуля.

500 тыс. ℃

достигла температура плазмы в первом эксперименте на токамаке МИФИСТ-0 после подключения к единому информационному пространству