Токамак Т-15МД. Новые возможности для российской и мировой науки
Курчатовский институт выполнил физический запуск глубоко модернизированного гибридного термоядерного реактора Т-15МД. Экспериментальная установка предназначается для проведения исследований и отработки перспективных технологий, которые затем могут быть использованы в отечественных и международных проектах.
Торжественная церемония
Запуск мега-установки Т-15МД, построенной в НИЦ «Курчатовский институт», состоялся 18 мая. Ввиду высокого значения этого проекта, пуск осуществлялся в рамках торжественной церемонии с участием премьер-министра Михаила Мишустина, министра образования и науки Валерия Фалькова и других официальных лиц. Гостям доверили нажатие символической кнопки запуска.
По словам премьера, реактор Т-15МД является свидетельством высокого технологического уровня нашей страны. Его запуск стал огромным событием не только для России, но и для всего мира. Также М. Мишустин отметил, что создание нового надежного и мощного источника энергии поспособствует дальнейшему развитию массы отраслей.
Президент Курчатовского института Михаил Ковальчук заявил, что российская наука способна и дальше заниматься исследованиями термоядерной энергетики. Для этого требуется провести модернизацию научно-производственной базы. В прошлом наша страна могла реализовывать подобные проекты без зарубежной помощи, самостоятельно производя все необходимые изделия и компоненты.
По видеосвязи за пуском Т-15МД наблюдало руководство международного термоядерного проекта ITER. Генеральный директор Бернард Биго поблагодарил правительство России за большую помощь нашего подразделения ITER. Российская промышленность, в свою очередь, получила благодарность за высокое качество технологий, внедряемых в общем проекте.
После глубокой модернизации
Тороидальная установка для магнитного удержания плазмы Т-15 была построена в Курчатовском институте в конце восьмидесятых годов. При ее изготовлении использовались существующие конструкции реактора Т-10М. С 1988 г. на новой установке Т-15 проводились различные эксперименты с удержанием плазмы. На тот момент советская установка являлась одной из крупнейших и мощнейших в мире.
Несмотря на все трудности того периода, регулярные исследования осуществлялись до середины девяностых годов. В 1996-98 гг. мега-установка Т-15 прошла первую модернизацию. Конструкцию реактора доработали, а также скорректировали программу будущих исследований. Теперь установку планировалось использовать для отработки решений и идей, предлагаемых для внедрения в международном проекте ITER.
В 2012 г. реактор Т-15 временно вывели из эксплуатации в связи с планами по проведению глубокой модернизации. В рамках этого проекта токамак должен был получить новую электромагнитную систему, новую вакуумную камеру и т.д. Возросшие энергетические потребности должна была обеспечить новая система электропитания. По сути, речь шла о кардинальной перестройке существующей установки с заменой всех ключевых систем.
Основная модернизация реактора по проекту Т-15МД завершилась в прошлом году, после чего стартовали пуско-наладочные работы. На днях процесс обновления был успешно завершен – и состоялся физический пуск. При этом процесс развития научно-технической базы не прекращается. В апреле стало известно, что в 2021-24 гг. существующий токамак дополнят новыми системами разного назначения.
Эти мероприятия позволят сформировать окончательный облик мега-установки Т-15МД и получить все необходимые возможности. Полноценный ввод в эксплуатацию, позволяющий проводить все необходимые эксперименты, состоится в 2024 г.
Новые принципы
В ходе модернизации реактор Т-15МД получил ряд новых систем, однако его общая архитектура и принципы работы не претерпели принципиальных изменений. Как и ранее, токамак должен создавать и поддерживать при помощи магнитного поля плазменный шнур. Реактор образует шнур с аспектным отношением 2,2 и током плазмы 2 МА в магнитном поле 2 Т. Длительность непрерывной работы – до 30 с.
Модернизация 2021-24 гг. пройдет в два этапа. В рамках первого на Т-15МД установят три инжектора быстрых атомов общей мощностью 6 МВт и пять гиротронов на 5 МВт. Затем внедрят систему нижнегибридного нагрева и поддержания тока плазмы, а также систему ионно-циклотронного нагрева мощностью 4 и 6 МВт соответственно.
По результатам модернизации реактор стал гибридным. В специальных отсеках в т.н. бланкете предлагается размещать ядерное топливо – в его качестве используется торий-232. При работе реактора топливо должно задерживать исходящий от шнура поток нейтронов высокой энергии. При этом торий-232 трансмутирует в уран-233.
Получившийся изотоп можно использовать в качестве топлива для атомных электростанций. В этой роли он не уступает традиционному урану-235, но выгодно отличается меньшим периодом полураспада отходов. Дополнительные преимущества связаны с тем, что торий более распространен в земной коре и существенно дешевле урана.
В теории, гибридный токамак может использоваться и для трансмутации высокоактивных отходов. Уран-238 или другие компоненты отработанного ядерного топлива можно преобразовывать в другие изотопы, в т.ч. для производства новых топливных сборок. Другой вариант использования гибридной установки – строительство электростанции. В этом случае в бланкете должен циркулировать теплоноситель, обеспечивающий передачу энергии генератору.
Таким образом, разработанный и реализованный облик гибридного реактора позволяет решать сразу несколько задач. Его можно использовать для выработки электроэнергии, а также для выпуска ядерного топлива или обработки отходов. Ученым предстоит подтвердить реальность подобной эксплуатации реактора, а также определить его реальные показатели, в т.ч. экономические.
Цели и перспективы
Основные решения конструкции токамака и принципы его работы хорошо изучены и отработаны. Это позволяет проектировать новые, более эффективные, реакторы, а также проводить эксперименты с прицелом на получение реальных технических, энергетических и экономических результатов. Именно такие задачи можно будет решать при помощи модернизированной гибридной мега-установки Т-15МД.
Физический пуск нового реактора состоялся, но полноценная и полномасштабная его эксплуатация станет возможной только в 2024 г., когда завершатся процессы изготовления и установки новых систем. Это означает, что уже в середине десятилетия пройдут эксперименты, которые дадут необходимую информацию. Она позволит определить наиболее выгодные пути развития всего направления, причем не только в рамках российской науки, но и в международной программе ITER.
Таким образом, наши ученые получают самое современное научное оборудование, а вместе с ним и возможность продолжать смелые эксперименты с прицелом на будущее. Вполне возможно, что на этот раз новые исследования завершатся с желаемыми результатами, благодаря чему человечество получит принципиально новый источник энергии, а Россия вновь покажет высочайший потенциал своей науки.
Информация