Магнит потянуло во Францию: как создавали уникальную катушку для ИТЭР

Из Санкт-Петербурга в Прованс отправилась катушка полоидального поля PF1. Это крупнейший сверхпроводящий магнит, когда-либо изготовленный в России, и важная часть международного термоядерного реактора.

Торжественный спуск на воду понтона с катушкой состоялся 1 ноября на Средне-Невском судостроительном заводе. Провожая оборудование во Францию, директор частного учреждения «ИТЭР-Центр» (входит в «Росатом») Анатолий Красильников отметил: изготовление и отправка катушки PF1 говорят о том, что отечественная промышленность продолжает системное развитие, что, несмотря на беспрецедентные санкции и ограничения, введенные представителями западных стран, Россия наращивает высокотехнологичное производство. «Это событие колоссальной важности и для отечественных предприятий, которые участвовали в изготовлении сложнейшего компонента будущего термоядерного реактора, и для всего проекта в целом. Выдающийся результат многих лет плодотворной, слаженной работы ведущих российских институтов и предприятий промышленности, эффектная демонстрация нашего научно-технологического потенциала», — ​заключил Анатолий Красильников.

Удержать плазму

«Чтобы запустить и поддерживать термоядерную реакцию, нужна очень высокая температура. В реакторе ИТЭР температура в некоторых режимах будет достигать 300 млн °C, — ​пояснил руководитель пресс-службы ЧУ «ИТЭР-Центр» Александр Петров. — ​Ни один материал не способен выдержать такую температуру, поэтому советские ученые еще в 1950‑е годы придумали удерживать горячую плазму при помощи магнитного поля».

Магнитная система ИТЭР состоит из 18 катушек тороидального поля, шести — ​полоидального поля, центрального соленоида и 18 корректирующих катушек.

PF1 — ​одна из двух катушек полоидального поля, изготовление которых проходит в странах — ​участницах проекта. PF6 сделали в Китае. Остальные четыре из-за большого размера собирают на площадке сооружения ИТЭР. «Их диаметр — ​от 17 до 24 м, транспортировать такие громады не представляется возможным», — ​добавил Александр Петров.

Соглашение по PF1 Российское агентство ИТЭР и Международная организация ИТЭР заключили в 2011 году. Это сложное изделие, основа которого — ​восемь сверхпроводниковых двухслойных двухзаходных галет. Важнейшие технологии и оборудование для изготовления катушки разработал НИИЭФА (входит в «Росатом»), саму катушку делали специалисты института и Средне-Невского судостроительного завода. Первая двухзаходная галета была намотана и квалифицирована в 2016 году, последняя — ​в 2019‑м.

В марте 2021 года завершилась вакуумно-нагнетательная пропитка обмотки катушки — ​одна из наиболее сложных и ответственных стадий изготовления магнита. В марте 2022 года российская катушка прошла серию приемочных испытаний перед отправкой в Международную организацию ИТЭР.

Как отметил заместитель гендиректора НИИЭФА по термоядерным и магнитным технологиям, директор НТЦ «Синтез» Игорь Родин, на протяжении более чем 20 лет ряд коллективов занимался проектированием электромагнитной системы токамака, созданием и серийным выпуском сверхпроводников и созданием собственно катушки. «Мы прошли все этапы от разработки рабочей конструкторской документации через квалификацию процессов и решение сложнейших технологических задач до итоговых испытаний, подтвердивших соответствие всем требованиям Международной организации ИТЭР. Считаю это событие безусловным достижением российской науки. Для РФ это крупнейший в истории сверхпроводниковый электромагнит. В мире не так много стран, которые способны изготовить подобное изделие», — ​подчеркнул Игорь Родин.

Доставка как шоу

После перегрузки на транспортное судно в морском порту Бронка под Санкт-Петербургом катушка диаметром 9 м и массой 200 т отправится по воде в Марсель. «104 км от морского порта до площадки сооружения она преодолеет по суше, — ​сообщил Александр Петров. — ​Повезет негабаритный груз огромный автопоезд, ночью, в сопровождении полиции и жандармерии. Я видел, как это происходило с другим оборудованием, — ​зрелище впечатляющее. Жители близлежащих городков и деревень высыпают на улицу с фотоаппаратами, чтобы заснять это красочное шоу».

Россия отвечает за 25 систем для ИТЭР. В этом году кроме катушки PF1 во Францию поставили несколько партий электротехнического оборудования (шинопроводы, коммутирующую аппаратуру и т. д.). Оно обеспечивает подвод электричества к термоядерному реактору. «Недавно завершилась уже 27‑я поставка электротехники, — ​рассказал Александр Петров. — ​Скоро будут очередные поставки коммутирующих аппаратов, стоек управления для российских гиротронов, компонентов диагностических систем. Ведется активная работа по всем порученным России компонентам».

КЛЮЧЕВЫЕ СОБЫТИЯ НА ПЛОЩАДКЕ ИТЭР В 2022 ГОДУ

Февраль
Начало сборки центрального соленоида — ​20‑метровой конструкции весом около 1 тыс. т. Собирают соленоид из шести модулей производства американской компании General Atomics. На площадку уже прибыли два модуля, которые были перемещены на стенд для тестирования и сопряжения со следующими модулями.

Март
Завершение сборки верхней крышки криостата. Индия поставила последнюю из четырех секций криостата — ​верхнюю крышку. После ее установки сборку реактора в шахте можно считать законченной, но до этого еще не менее двух лет. Пока крышку весом 665 т упаковали и отправили на хранение.

Сентябрь
Начало монтажа вакуумной камеры. Две из девяти сборок с панелями теплозащиты и D-образными вертикальными сверхпроводящими электромагнитами (катушки тороидального поля) спустили в яму токамака и начали их сборку. Это веха проекта, после стартует создание тороидальной плазменной камеры.

Доставлены первые российские гиротронные комплексы — ​четыре высокотехнологичных устройства для дополнительного нагрева плазмы и генерации тока. Всего Россия должна изготовить восемь из 24 гиротронных комплексов и сопутствующих систем. Приемочные испытания прошли шесть устройств, идет изготовление седьмого.

РОССИЙСКИЙ ВКЛАД В ИТЭР

• 22 км сверхпроводников для обмотки катушек тороидального поля

• 11 км сверхпроводников для обмотки катушек полоидального поля

• 4 стенда для тестирования экваториальных и верхних порт-плагов

• 58 центральных сборок дивертора

• 1 катушка полоидального магнитного поля PF1

• 18 верхних патрубков вакуумной камеры

• 8 гиротронов на 170 ГГц /1 МВт

• 9 диагностических систем для измерения параметров плазмы

• 179 наиболее энергонапряженных панелей первой стенки токамака

• Системы электропитания и коммутирующая аппаратура

• Инженерия порт-плагов для установки диагностического оборудования

• Тепловые испытания обращенных к плазме компонентов