8 июня 2022

В Доме ученых им. академика А.П. Александрова обсудили развитие российских термоядерных установок Т-15МД, Глобус-М2, СМОЛА, ГОЛ-NB и КОТ

ФТИ РАН Сферический токамак Глобус-М2 ФТИ РАН

Достижение рекордных параметров плазмы и планы на будущее стали предметом дискуссии на открытом научном семинаре Госкорпорации «Росатом» – «Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии», который прошел в конце мая 2022 года в Доме ученых им. академика А.П. Александрова (Москва, НИЦ «Курчатовский институт»). Участники встречи обсудили результаты экспериментов по магнитному удержанию плазмы на действующих установках в Курчатовском институте, Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе и Институте ядерной физики имени Г.И. Будкера (СО РАН). Разработка термоядерных и плазменных технологий – одно из ключевых направлений комплексной программы по развитию атомной науки и технологий, реализуемой в России (КП РТТН).

Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук акцентировал внимание на важности сотрудничества для успешного выполнения всех отраслевых стратегических задач.

«Курчатовский институт является головной научной организацией КП РТТН, и все научные работы в рамках программы выполняются в тесном партнерстве с Росатомом, Российской академией наук, Министерством науки и высшего образования РФ. Это обеспечивает интеграцию всех компетенций, необходимых для решения стратегически важных задач, поставленных перед нами государством. Атомная энергетика сегодня безальтернативна. В перспективе ее сможет дополнить термоядерная энергетика. У нас в Курчатовском институте пущен новый токамак Т-15МД, в планах – завершение строительства ИТЭР, далее – создание Демонстрационного образца термоядерного реактора (ДЕМО). Параллельно прорабатывается идея создания гибридного реактора. Достигнув этих целей, мы совершим глобальный переход к природоподобным, экономичным, чистым и безопасным энерготехнологиям будущего», – рассказал он.

Заместитель генерального директора Госкорпорации «Росатом» по науке и стратегии Юрий Оленин подчеркнул пользу проведения таких семинаров для всей программы РТТН.

«Подобные научные дискуссии позволяют нам получить новые научные знания, что, в свою очередь, является предпосылкой к новым практическим решениям и результатам. Особенно это важно сегодня, когда мы получили одобрение Президента страны на продление реализации КП РТТН до 2030 года. Соответствующий указ был подписан 14 апреля», – отметил он.

С момента физического пуска Т-15МД – первого токамака, построенного в России в нынешнем столетии, – прошел год. Магнитная система токамака должна обеспечить получение и удержание «горячей» плазмы в диверторной конфигурации. Научный руководитель комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Петр Хвостенко рассказал о проделанной за этот период работе и о дальнейших планах комплектации установки дополнительным оборудованием, позволяющим проводить все необходимые эксперименты. Выход на полномасштабные возможности термоядерной установки планируется к 2024 году.

«За прошедший год мы отработали задачи по технологии очистки стенок камеры от примесей. Это важно с точки зрения получения плазменных разрядов. Для получения пробоя плазмы отработали технологии подвода по вакуумному волноводному тракту СВЧ-мощности к токамаку – новая для нас задача, так как гиротрон находится на расстоянии более 40 метров от установки. Кроме этого, завершили модернизацию подстанции мощностью 300 МВт. Сейчас начали подготовку к проведению экспериментов с горячей плазмой, которые запланированы на октябрь этого года. Они потребуют использования всей мощности нашей электротехнической системы. В 2023 году планируем вывести установку на мегаамперный уровень», – рассказал ученый.

Говоря о работах на перспективу, он также отметил создание гибридного реактора как самый быстрый путь получения отдачи от управляемого термоядерного синтеза в реальной жизни. В отличие от классической термоядерной станции, для получения электроэнергии посредством которой предстоит проделать еще много работы (в лучшем случае, по мнению ученого, это может произойти к 2070 году), гибридный реактор может начать нарабатывать топливо для тепловых атомных электростанций (уран-233, торий-232) на 30-40 лет раньше.

Ведущий научный сотрудник лаборатории физики высокотемпературной плазмы ФТИ им. А.Ф. Иоффе, к. ф-м. н. Владимир Минаев представил результаты экспериментов по удержанию термоядерной плазмы в сферическом токамаке Глобус-М2. Сферические токамаки компактны, что в случае их успеха позволяет рассчитывать на снижение расходов при сооружении термоядерного реактора-токамака (например, в сравнении с ИТЭР, который сейчас строят во Франции) и быстрее внедрить технологии управляемого термоядерного синтеза в энергетику. Кроме того, сферический токамак может работать как источник нейтронов, которые могут быть использованы в медицине, материаловедении, а также для дезактивации отходов ядерной энергетики. Представленные в докладе новые результаты экспериментов на Глобусе-М2 стали настоящей сенсацией – такие значения температуры ионов плазмы еще никогда не достигались в российских установках.

«Результатом модернизации токамака Глобус-М стали новая электромагнитная система с источниками питания и модернизированные системы дополнительного нагрева и генерации безындукционного тока плазмы. Эксперименты на Глобус-М2 показали, что с увеличением магнитного поля существенно вырастает нейтронный выход. Увеличение тороидального магнитного поля с 0,4 до 0,8 Тл привело к четырехкратному росту тепловой энергии и трехкратному росту времени ее удержания. В ближайшее время мы планируем вывести токамак на режим работы с максимальным значением магнитного поля 1 Тл и током плазмы 0,5 МА, а также нагреть плазму с помощью нейтральной инжекции с мощностью выше 1 МВт», – отметил он.

Руководитель семинара, директор направления научно-технических исследований и разработок Госкорпорации «Росатом», профессор Виктор Ильгисонис отметил, что после надлежащей верификации полученные в экспериментах на Глобус-М2 данные должны стать предметом как срочной, так и подробной научной публикации, которую рекомендуется разместить в отечественном специализированном журнале.

Эффективные методы удержания плазмы в линейных системах, исследованные на установках СМОЛА и ГОЛ-NB коллективами плазменных лабораторий Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, представил старший научный сотрудник Дмитрий Яковлев. В частности, специалисты провели исследования по удержанию плазмы в многопробочных и винтовых магнитных конфигурациях, потенциально способных в десятки раз повысить время удержания плазмы по сравнению с простой осесимметричной линейной ловушкой. Также в газодинамической ловушке и новой экспериментальной установке КОТ (компактный осесимметричный тороид) реализованы режимы удержания плазмы с высоким (порядка единицы) отношением давления плазмы к давлению магнитного поля, способные обеспечить бóльшую эффективность при протекании термоядерных реакций; разработаны соответствующие диагностические средства.

Всего в мероприятии приняли участие более 150 представителей организаций Росатома, НИЦ «Курчатовский институт», Министерства науки и высшего образования, Российской академии наук.

Открытый семинар «Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии» задуман как единая площадка для обсуждения научных вопросов, относящихся к исследованиям по разработке термоядерных и плазменных технологий. Он способствует интеграции усилий разработчиков различных ведомств – институтов Росатома, организаций, подведомственных Минобрнауки России, НИЦ «Курчатовский институт» и др. – и достижению запланированных результатов в работах, выполняемых в рамках федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий», включенного в КП РТТН.
Комплексная программа «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ» (КП «РТТН») разработана Госкорпорацией «Росатом» совместно с НИЦ «Курчатовский институт», Российской академией наук, а также Министерством науки и высшего образования РФ. Она включает разработку новых передовых технологий и материалов, образцов новой техники, техническое перевооружение, строительство уникальных комплексов и объектов инфраструктуры в области атомной энергетики и управления реакциями термоядерного синтеза, а также атомных станций малой мощности.