Дойти до дейтерия: как меняется международный проект ИТЭР

Как продвигается сооружение Международного термоядерного экспериментального реактора, 4 декабря журналистам рассказали руководители российской части мегапроекта. В центре внимания — ​переход на новую базовую линию (перечень, график и стоимость работ), а также изменения материала первой стенки токамака.

Новая линия

Пересматривали базовую линию несколько лет. Необходимость в корректировке возникла, так как за время существования проекта многое изменилось, большой шаг вперед сделала термоядерная наука. Весь этот год оттачивали детали, и в ноябре на Совете ИТЭР было принято решение о поэтапном переходе. Впрочем, еще до официального утверждения все команды проекта начали его придерживаться, чтобы не терять драгоценного времени. «К некоторым работам, запланированным на 2025 год, мы уже приступили», — ​сообщил директор направления научно­-технических исследований и разработок «Росатома» и вице-председатель Совета ИТЭР Виктор Ильгисонис.

Когда‑то дебютным ключевым событием проекта была названа первая плазма. Новая базовая линия концентрируется на другом — ​на начале эксплуатации на проектных параметрах и дейтерий-дейтериевом эксперименте в 2034 году. Спустя пять лет — ​переход к дейтерий-тритиевой стадии (ради нее и создается ИТЭР). И еще через 10 лет должны стартовать испытания модулей бланкета, который преобразует термоядерную энергию в электрическую.

В России

К началу декабря российские участники проекта выполнили все планы этого года. «Несмотря на колоссальные проблемы с санкционными ограничениями, мы продолжаем поставки во Францию. Каждый год туда уходит несколько десятков грузовиков, каждая отправка — ​борьба за то, чтобы все получилось. И транспортировка, и платежи, и страхование крайне затруднены», — ​прокомментировал директор Проектного центра ИТЭР (входит в «Росатом») Анатолий Красильников.

«Часть очень сложных материалов, сталей, мы получаем от Международной организации ИТЭР, и тоже есть проблемы со сроками и логистикой», — ​добавил гендиректор Научно­исследовательского института электрофизической аппаратуры им. Ефремова (НИИЭФА) Сергей Герцог.

Во Франции

Катушка PF1 (самый большой сделанный в нашей стране сверхпроводящий магнит) проходит обмер, впереди — ​холодные испытания. Они помогут физикам-криогенщикам и специалистам по сверхпроводникам быстрее собрать электромагнитную систему для охлаждения сверхпроводников.

В центре «Кадараш» в Провансе российские специалисты монтируют первые четыре гиротронных комплекса. Кроме самого гиротрона (прибора, генерирующего электромагнитное излучение) мощностью 1 МВт туда входят источники питания, элементы охлаждения, защиты и управления. Еще четыре гиротронных комплекса отправят из России во Францию в следующем году. Кстати, изобрели гиротрон в нижегородском Институте прикладной физики им. Гапонова-Грехова РАН, его оборудование стоит практически на всех крупнейших токамаках в мире.

Россияне задействованы не только в сборке гиротронных комплексов, некоторые наши специалисты занимают в ИТЭР крупные должности. Так, бывший заместитель гендиректора НИИЭФА Игорь Родин возглавил руководство сверхпроводящими системами проекта. Александр Алексеев, тоже из НИИЭФА, — ​экспертную службу инженеров, которая решает непредвиденные технические вопросы в процессе строительства. «Европейские физики сказали, что очень довольны работой с коллегами из России», — отметил Анатолий Красильников.

Вольфрам вместо бериллия

Главное новшество — ​смена материала первой стенки токамака. Она должна была быть бериллиевой. В 2023 году в НИИЭФА испытали макет одного сегмента собственного производства. Но в этом году руководство ИТЭР распорядилось использовать вольфрам. «Решение о бериллиевой стенке было принято 16 лет назад. За это время вопросы экологии приобрели еще большее значение, регуляторные правила Евросоюза сильно изменились. Теперь технические работы с бериллием пришлось бы обставлять столькими средствами обеспечения безопасности, что это было бы просто невыгодно ИТЭР. Лучше сразу вложиться в перспективный для использования в энергетической, а не экспериментальной установке материал», — ​пояснил Виктор Ильгисонис.

НИИЭФА готовится к изготовлению первой стенки из вольфрама. «В 2025 году продолжим работы по внутрикамерным компонентам», — ​сообщил Сергей Герцог.

Прорабатывается вариант нанесения на вольфрам карбида бора. Это должно сгладить главный недостаток вольфрама — ​попадание многозарядных примесей в токамак. Организация ИТЭР заключила с российской стороной контракт на исследования для создания технологии нанесения карбида бора. В них будут участвовать несколько научных институтов и вузов. В частности, в НИИЭФА планируется провести циклические тепловые испытания электронным пучком. В институте в Троицке — ​проверить качество покрытия, облучая его импульсными плазменными сгустками.

Поскольку вольфрамовые примеси снижают температуру плазмы, чтобы получить проектное отношение термоядерной мощности к мощности нагрева плазмы, равное 10, необходима гораздо большая мощность электронно-циклотронного нагрева. Потребуется 80 или даже 87 гиротронов вместо 24. «По-видимому, Институт прикладной физики получит колоссальный дополнительный заказ», — ​заключил Анатолий Красильников.

Отечественный термояд

ИТЭР способствует активному развитию национальной термоядерной программы. Анатолий Красильников сказал, что благодаря сотрудничеству команд институтов «Росатома», РАН и вузов появился прообраз термоядерной промышленности России. Но в целом наш токамак с реакторными технологиями (ТРТ) отличается от ИТЭР: проводники не низко-, а высокотемпературные, первая стенка, возможно, жидкометаллическая, литиевая. И ТРТ будет компактнее, нужной температуры плазмы при меньших габаритах позволит достичь магнитное поле 8 Тл (у ИТЭР — ​5,3 Тл).

В ноябре генеральный конструктор, НИИЭФА, завершил эскизный проект и приступил к техническому. Ближайшие два года институт отводит на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по ТРТ.

Справка

Проект ИТЭР (Международный термоядерный экспериментальный реактор) преследует цель доказать технологическую возможность получать электроэнергию в промышленных масштабах с использованием реакции термоядерного синтеза. Фаза концептуального проектирования началась в 1988 году. Сборка реактора стартовала в 2020‑м.

В проекте 35 участников: страны ЕС, Россия, США, Китай, Индия, Япония, Южная Корея.