Какие проблемы возникли на ИТЭР и почему задерживается энергопуск российского токамака

Зачем понадобилось менять 23 км труб на ИТЭРе? Почему и на сколько задерживается энергопуск российского токамака Т‑15МД? Проблемы термояда обсудили на 50‑й Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в Звенигороде 20–24 марта.

«Весь мир уже много десятилетий работает над реализацией управляемого термоядерного синтеза. Это задача на пределе технологических возможностей развитых стран, именно поэтому основной упор делается на крупные международные проекты, такие как ИТЭР», — ​отметил директор направления научно-технических исследований и разработок «Росатома» Виктор Ильгисонис.

В России исследования в этой области заметно активизировались со стартом комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий, в которой большой раздел посвящен термоядерным и плазменным технологиям.

Новости из «Кадараша»

Заместитель директора Частного учреждения «Росатома» «ИТЭР-Центр» Леонид Химченко рассказал о промежуточных итогах международного проекта. На площадку во Франции поступила большая часть оборудования. Монтаж осуществляется в соответствии с графиком, главное здание построено, инфраструктура более чем на 70 % готова к первой плазме. Все внимание сфокусировано на сборке токамака.

В шахту установлен первый из девяти секторов вакуумной камеры. Второй и третий сектора монтируются. Вакуумная камера объемом 850 м³, в которой будет инициироваться плазменный разряд, несет основную функцию защиты от радиоактивного излучения внутренних компонентов реактора.

Началась сборка самого крупного магнита ИТЭРа — ​центрального соленоида. Его собирают из шести цилиндрических модулей, укладывая один на другой. Вес каждого модуля — ​110 т, высота — ​2 м. Соленоид стабилизирует шнур из плазмы во время работы установки.

В магнитную систему также входят 18 катушек тороидального поля, шесть — ​полоидального и 18 корректирующих катушек. В феврале Япония доставила последнюю ниобийоловянную катушку тороидального поля. Что касается полоидальных катушек, полностью готовы три из них, две, в том числе российская PF1, проходят холодные испытания, а одна, самая большая, — ​на финальной стадии изготовления.

Российский вклад

Россия продолжает поставки коммутирующей аппаратуры на ИТЭР. «В прошлом году из НИИЭФА ушли 23 трейлера с аппаратурой», — ​рассказал Леонид Химченко. Система шинопроводов, которая собирается из сегментов до 12 м длиной и весом 2–4 т, соединит электросеть с магнитной системой реактора и устройствами быстрого вывода энергии, а также с оборудованием для нагрева плазмы.

23 марта специалисты НИИЭФА провели испытания прототипа импульсного зарядного двухконтурного устройства собственной разработки. Оно не имеет аналогов в мире. Эти аппараты обеспечивают защиту сверхпроводниковых катушек магнитной системы в случае перехода сверхпроводника в резистивное (близкое к критическому) состояние и являются важными компонентами защиты.

Также Россия участвует в изготовлении гиротронов для нагрева плазмы, ее вклад — ​восемь из 24 аппаратов. Четыре уже доставлены на стройплощадку.

Проблемы и решения

На самой масштабной инновационной стройке мира не обходится без проблем. В термоэкранах — ​тонких посеребренных пластинах между вакуумной камерой и катушками тороидального магнитного поля, охлаждаемых жидким гелием через приваренные трубочки, — ​после промывки соляной кислотой появились микротрещины. «Директор Международной организации ИТЭР принял решение демонтировать все трубы, а это 23 км, и наваривать новые, — ​сообщил Леонид Химченко. — ​Демонтаж начался. Продолжительность ремонта термоэкранов оценивается примерно в два года».

«ИТЭР — ​это установка, в которой встречаются лучшие технологии со всего мира. Было бы удивительно, если бы все сложнейшие системы совершенно бесконфликтно состыковались и заработали, — ​прокомментировал директор «ИТЭР-Центра» Анатолий Красильников. — ​Сейчас технология исправляется: будет применен другой тип нержавеющей стали в трубах и исключен этап серебрения, который требует обработки кислотами».

Еще одна проблема возникла при сварке секторов вакуумной камеры. «В трех секторах вакуумной камеры сварка отдельных сегментов привела к небольшим отклонениям от номинальных размеров. Всего 1–2 см, но это больше, чем пределы погрешностей, — ​рассказал Леонид Химченко. — ​Решение уже есть, процедура сварки корректируется».

В кулуарах конференции говорили о материале первой стенки токамака — ​важнейшего элемента, контактирующего с плазмой. При проектировании ИТЭРа первую стенку решили делать из бериллия. Однако сейчас в руководстве Международной организации ИТЭР обсуждают вольфрам: он менее токсичный. «Мы отвечаем за 40 % первой стенки и уже проделали примерно 25 % работы в направлении реализации бериллиевой конструкции, — ​сказал Анатолий Красильников. — ​Конечно, для нас это существенный вопрос. Сейчас российское термоядерное сообщество анализирует, насколько оправданна замена материала. К середине апреля мы выработаем позицию и представим ее на следующем совете ИТЭР. Смею вас заверить, дискуссии будут глубокими, фундаментальными и наше мнение будет учтено».

Особенности национальных токамаков

О статусе Т‑15МД, первого токамака, построенного в нашей стране за последние 30 лет, рассказал научный руководитель комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Петр Хвостенко. Физпуск состоялся еще 18 мая 2021 года. А вот с энергопуском возникли организационные проблемы.

Специально под Т‑15МД в институте довольно долго модернизировали подстанцию и системы электропитания. Все это время мощности не использовались. «Если вы три года мощности у энергокомпании не берете, то они передаются кому-то другому, — ​пояснил Петр Хвостенко. — ​Таким образом, Курчатовский институт оказался лишен возможности работать на токамаках. Нам потребовалось почти два года, чтобы решить эту проблему. Мы согласовали с энергокомпанией все условия, и сейчас уже ничто не мешает выйти на работу в сети». Термоядерщики надеются приступить к энергопуску 12 апреля — ​в день рождения Курчатовского института.

Следующим российским термоядерным реактором должен стать токамак с реакторными технологиями, который планируют построить на территории Троицкого института инновационных и термоядерных исследований. «К 2024 году мы будем иметь эскизный проект установки и приступим к техническому проектированию, — ​рассказал гендиректор ТРИНИТИ Кирилл Ильин. — ​Параллельно создаем инфраструктуру для токамака с реакторными технологиями, идут строительно-монтажные работы».