Международный проект термоядерного реактора ИТЭР. Итоги за 2017 год

ITER — международный проект экспериментального термоядерного реактора типа ТОКАМАК. В основу проекта легли ведущие разработки ученых ЕС, Индии, Кореи, России, Китая и пр. Цель ИТЭР — демонстрация возможности получения и применения термоядерной энергии для решения широкого спектра технологических задач.

Разработка проекта

ITER — логичное продолжение программы УТС. Действующие в настоящее время термоядерные установки производят энергию посредством синтеза. ИТЭР будет генерировать энергию на уровне промышленной электростанции, что станет решением ключевых проблем, которые возникают при использовании синтеза.

Центром проекта стал термоядерный реактор ТОКАМАК, концепция которого была разработана группой российских физиков под руководством Арцимовича Л.А. Проект предусматривает применение DT-топлива (на основе дейтерия и трития). Работа по проектированию началась в 1988 г. В 1992 г. проект получил статус международного и к работе подключились специалисты из разных стран. В 2001 г. технический проект ИТЭР был завершен.

Реализация проекта в 2017 году

Сооружение основных зданий ИТЭР подходит к концу. В 2018 г. планируется монтаж оборудования и коммуникаций. Главное здание реактора за прошедший год выросло на 2 этажа. Также были выполнены следующие виды работ:

1. Корпус выпрямителей магнитной системы выполнено на 90% и готово к внутренней отделке. Началась установка питающих трансформаторов.
2. Практически закончено Здание радиочастотного нагрева, где будут размещены источники питания и ECRH.
3. Закончено Здание криокомбината, обеспечивающее проект сжиженным газом. Ведется монтаж криогенного оборудования.
4. В Здании полоидальных катушек завершен монтаж макета катушки PF-5.
5. Сдана в эксплуатацию Фабрика холода. Установлено 18 компрессоров.
6. Электросети и коммуникации завершены на 80%.
7. В Здании предварительно сборки смонтированы и испытаны все мостовые краны.
8. Начата установка первого стенда секторов ТОКАМАК.
9. Залита бетонная основа котлована сброса тепла. Начат монтаж охлаждающих вентиляторов и насосов.
10. Активно ведется сооружение короны криостата на уровне В2.

Производственные достижения ТОКАМАК в 2017 году

Криостат — самый большой по площади элемент реактора. Объем сооружения — 16 тыс. м3. Назначение криостата — создание барьера между внешней средой и «начинкой» реактора.

1. Опорное кольцо на дне реактора — основание криостата. Изготовление опоры криостата осуществляется на площадке ИТЭР с 2016 г. совместными усилиями специалистов из Германии и Индии. К концу 2017 г. элементы опорного кольца выставлены на степеле, а сварка основных конструкция запланирована на следующий год.

1. Нижний цилиндр криостата. Монтаж начат летом 2017 г., в настоящее время выставлены на степеле более 500 тонн конструкций. После окончания сварки опорного кольца оба элемента будут свариваться между собой. В полученную конструкцию планируется монтировать все внутренние части ТАКАМАК.

1. В Испании были выпущены подшипники для опоры всего криостата на опорное кольцо.

Магнитная система ТОКАМАК состоит из сверхпроводящих магнитных катушек: 18 тороидального поля, 6 полоидального поля, центрального соленоида и 18 корректирующих катушек. Магнитные элементы не имеют аналогов и для их производства были построены специальные здания.

1. На площадке ИТЭР намотаны 2 самые большие катушки PF5.

1. Первый модуль соленоида — самый большой в мире магнит, был изготовлен в США.

1. Намотаны 3 галеты катушки PF6 в Китае.

1. Создан намоточный комплекс тороидальной катушки в Италии и транспортирован на завод SIMIC для проведения испытаний.

Вакуумная камера выполнена из нержавеющей стали. Между двойными стенками камеры расположен бланкет, а внутри установлен уловитель продуктов термоядерного синтеза — дивертор.

1. В 2017 г. специалистами Франции и Германии была смонтирована криосорбиционная помпа, поддерживающая высочайший уровень вакуума.

1. На площадку ITER прибыл криомагнитный фидер PF4-катушки. Стоит отметить, что криофидер прибыл первым т.к. именно он будет забетонирован. Для приемки элемента на площадке была создана специальная инфраструктура.

Среди производственных достижений необходимо упомянуть SPIDER-стенд и систему инжекторов пучков NBI. Оба элемента имеют ключевое значение для ИТЭР и являются самыми высокотехнологичными. Созданием и поставкой занимается ЕС. Завершен выпуск главной части SPIDER-стенда — ионного источника полного тока. Проект данного источника был разработан 15 лет назад, но только сейчас появилась возможность его создания.

Участие России в проекте ИТЭР в 2017 году

В рамках участия в проекте ИТЭР Россия поставила алюминиевые шины, служащие для передачи тока от выпрямителей до криофидеров. Всего было отгружено более 80 тонн шины сечением 200х240 мм, а также дополнительные элементы для их крепежа и охлаждения.

В Санкт-Петербурге успешно завершились технологические испытания первого гиротрона, представляющего собой сверхмощную радиолампу для разогрева плазмы, а также системы ее управления. Гиротроны — важнейшая часть, без которой невозможно осуществить запуск ТОКАМАК. Всего Россия поставит для проекта ITER 8 таких устройств. Поставка первого испытанного гиротрона намечена на 2018 г.

Прошло испытания высокоинтеллектуальное оборудование — выключатели и переключатели тока на 70 килоА с напряжением 8,5 КилоВольт. Оборудование будет доставлено на площадку вместе с алюминиевыми шинами. Также в российском институте электрофизики были испытаны прототипы дивертора, изготовленные в масштабе 1 к 19 учеными из Франции и Германии.

В ноябре 2017 г. появилась информация о том, что на базе судостроительного завода в Санкт-Петербурге будут изготавливаться полоидальные катушки PF-1.

Проблемы в реализации проекта

При реализации проекта ИТЭР участники столкнулись с проблемами перераспределения ответственности. Также мегапроект ИТЭР оставляет специалистам всех отраслей минимум возможностей вносить корректировки. Самым значительным изменением проекта стал редизайн системы охлаждения ТОКАМАК, в котором изменился не только внешний вид системы, но и ее производительность: теперь охладитель может нейтрализовать до 1 гигаВт тепловой энергии.

Для запуска ИТЭР необходимо 3 кг трития, в то время как мировые запасы этого изотопа составляют примерно 18 кг. В режиме существующего дефицита трития рассматривается возможность извлечения изотопа из действующих АЭС.

Несмотря на все трудности, проект ITER считается перспективным. Термоядерный ТОКАМАК намного менее опасен, чем АЭС (та же Фукусима до сих пор дает о себе знать) за счет минимального количества радиоактивных веществ. При этом запуск реактора может решить нарастающую нехватку энергии в мире.