От дальнего космоса до безотходной энергетики: подборка главных разработок ТРИНИТИ

21 июня исполнилось 70 лет термоядерному и плазменному оплоту отрасли — ​ГНЦ РФ ТРИНИТИ. К юбилею мы подготовили два хит-парада: пятерку главных реализованных разработок и пятерку перспективных. Разброс фантастический: микромир, дальний космос, элементарные частицы, ликвидация аварий и безотходная энергетика.

СДЕЛАНО НА ПЯТЬ

Экспериментальный комплекс «Ангара‑5-1»

В 1984 году в ТРИНИТИ запущен один из крупнейших в мире генераторов сверхмощных (до 12 ТВт) электрических импульсов. Название установка получила от одной из самых чистых рек России, потому что вода, используемая в качестве диэлектрика изолятора установки, кристально чиста. Экспериментальный электрофизический мегаамперный комплекс «Ангара-5-1» нужен для исследований в области управляемого термоядерного синтеза и взаимодействия мощных потоков излучения с веществом. В частности, на нем разрабатываются физические схемы мощных импульсных источников рентгеновского и нейтронного излучения.

Токамак Т‑11М

Единственный действующий токамак в России. На нем отрабатывают технологии для перспективных установок: гибридного реактора Т‑15МД, токамака с реакторными технологиями, международного термоядерного реактора ИТЭР. В частности, здесь исследуют материалы для первой стенки токамаков, которая соприкасается с плазмой более горячей, чем на Солнце. Предлагают сделать стенку жидкой — ​из расплавленного лития. В прошлом году ученым удалось осуществить внешнюю дозаправку эмиттерной системы Т‑11М литием без нарушения вакуумных условий в рабочей камере. Это результат мирового значения в термоядерных исследованиях.

Комплекс ускорителей плазмы

Плазменные ускорители нужны прежде всего для испытаний конструкционных материалов термоядерного реактора. Но у них немало других полезных способностей. Так, в ТРИНИТИ сконструировали установку для обработки изделий сложной формы (подшипников, турбинных лопаток и т. д.) импульсными плазменными потоками. Обработка позволяет повысить порог усталостной прочности и сопротивляемость локальным нагрузкам. Это актуально для машино- и судостроительной, нефтяной, атомной и других отраслей: можно заменить дорогие дефицитные материалы более доступными, но обработанными плазмой.

Озонаторы

Озон — ​сильнейший окислитель, а значит, отличный дезинфектор: газ воздействует на клеточные стенки бактерий и микроорганизмов, разрушая их. В ТРИНИТИ создали мобильные дезинфекторы медицинских изделий и помещений. Комплексы, сопоставимые по размеру с домашним очистителем воздуха, вырабатывают озон высокой концентрации, по эффекту превосходящий ультрафиолетовое облучение и обработку хлором. Мобильный озонатор обеззараживает помещения площадью до 100 м2. Аппарат можно поставить в бокс с инструментами, и за 15 минут они продезинфицируются.

Мобильные лазерные комплексы

Лазером можно с хирургической точностью разрезать практически любой предмет с большого расстояния. На этой суперспособности основаны мобильные лазерные технологические комплексы (МЛТК). С их помощью фрагментируют металлические и железобетонные конструкции при демонтаже и аварийно-восстановительных работах на газовых и нефтяных скважинах, разделывают на металлолом суда и подводные лодки, сжигают пленки разлившейся нефти, дезактивируют поверхности. Недавно специалисты ТРИНИТИ ввели в эксплуатацию МЛТК нового поколения, который справляется со сталью толщиной до 440 мм даже под водой. Его хотят использовать при выводе из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов.

ЧЕГО ЖДАТЬ ЗАВТРА

Источник нейтронов мегаэлектронвольтного диапазона

Основа установки — ​два ускорителя, стреляющие пучками плазмы навстречу друг другу. При столкновении будут происходить реакции ядерного синтеза с выходом высокоэнергичных нейтронов. Сфера применения широкая: решение материаловедческих задач термоядерной энергетики, получение изотопной продукции и др. Первый ускоритель системы собран, на нем ведут лабораторные эксперименты. Скоро изготовят второй.

Лазерный термоядерный синтез

Велика вероятность того, что первый коммерческий термоядерный реактор будет токамаком — ​это наиболее проработанная концепция. Но не единственная. Ряд ученых делает ставку на лазерный термоядерный синтез и разрабатывает системы, в которых термоядерную мишень нагревают сверхмощными лазерными лучами. Такое воздействие вызывает последовательность термоядерных микровзрывов с выделением большого количества энергии. ТРИНИТИ совместно с ВНИИЭФ, МГТУ и другими научными центрами создает импульсно-периодическую лазерную систему с частотой повторения импульсов 10 Гц. Уже есть стенд для моделирования и испытаний разных лазерных схем и отработки подсистем — ​криогенного охлаждения, удаленной диодной накачки и др.

Токамак с реакторными технологиями

Перспективные исследования ведут в институте прежде всего в рамках комплексной программы РТТН. К 2030 году в ТРИНИТИ хотят создать экспериментальную установку управляемого термоядерного синтеза — ​токамак с реакторными технологиями. ТРТ необходим для исследований квазистационарных физических процессов в обоснование опытного термоядерного реактора, для исследований поведения плазмы в режимах, близких к зажиганию, исследования и отработки различных методов дополнительного нагрева плазмы, разработки диагностик в больших нейтронных потоках. Сейчас идет проектирование элементов ТРТ: вакуумной камеры, оболочки криостата и т. д. Параллельно подготавливают площадку под строительство.

Плазменный электрореактивный космический двигатель

К 2024 году ТРИНИТИ должен создать лабораторный прототип ракетного двигателя на базе магнитно-плазменного ускорителя. Космические корабли с такими двигателями будут осваивать дальний космос. Готов ключевой элемент системы — ​прототип ускорителя плазмы с удельным импульсом 100 км/с. В вакуумной камере, специально созданной для испытаний прототипа, условия как в космосе. Ученые тестируют режимы, в которых будет работать двигатель, оптимизируют конструкцию. В камере установлены измерительные системы, определяющие параметры плазменного потока.

Дезактивация озоном

Озон не только убивает бактерии, но и может очищать поверхности от радиоактивного загрязнения. В процессе эксплуатации на поверхности оборудования первого контура реактора образуется радиоактивно загрязненная оксидная пленка хрома. Озон хорошо реагирует с этой пленкой. В ТРИНИТИ хотят создать установку для дезактивации поверхностей газовой эмульсией озона. При использовании этого метода не будет жидких радиоактивных отходов. Он позволит дезактивировать поверхности в три раза быстрее и дешевле, чем жидкостные методы.