"Рубеж 50-60-х годов текущего столетия закреплен в качестве опорной даты сооружения демонстрационного термоядерного реактора в национальных программах ряда стран - наших партнеров по международному проекту ИТЭР, - говорит генеральный директор "Росатома" Алексей Лихачев. - Ключевыми элементами нашей программы являются создание токамака с реакторными технологиями, в который мы планируем интегрировать современные научно-технологические решения, а также вывод на рабочие параметры токамака Т-15МД в Курчатовском институте".
От первой плазмы до мирового рекорда
"Росатом" работает над федеральным проектом по термоядерным и плазменным технологиям в рамках национальной комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий (РТТН). Результаты его реализации обсуждали недавно на главном форуме термоядерщиков - 51-й Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу в Звенигороде.
В марте прошлого года на новом токамаке Т-15МД получили первую высокотемпературную плазму, напомнил научный руководитель комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий Курчатовского института Петр Хвостенко. Термояд, по мнению президента НИЦ "Курчатовский институт" Михаила Ковальчука, должен стать важной составляющей природоподобной энергетики будущего.
В декабре 2023-го на той же установке Т-15МД получен разряд с током плазмы до 260 кА, при токе плазмы 190 кА достигнута длительность импульса 2 секунды. Температура электронной компоненты плазмы составила порядка 40 млн градусов, что в два раза превышает температуру в центре Солнца. Такие показатели - рекорд для российских токамаков, а выход на них за столь короткий срок с момента энергетического пуска установки является рекордом в мировой практике.
"Это очень хороший результат для пусковой работы и ясно, что токамак будет работать нормально", - прокомментировал директор направления научно-технических исследований и разработок "Росатома", научный руководитель федерального проекта "Термоядерные и плазменные технологии" КП РТТН, вице-председатель Международного Совета ИТЭР Виктор Ильгисонис.
Сейчас на Т-15МД уже идут эксперименты, а параллельно токамак оснащают дополнительным оборудованием. "В дальнейшем планируется ввод в работу систем дополнительного нагрева плазмы и поддержания тока, дооснащение токамака диагностиками, установка дивертора и облицовка камеры графитом", - отметил Петр Хвостенко.
Реакторные новшества
Следующий российский токамак ТРТ планируют строить в Новой Москве, на территории Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ). "Первого марта генеральный директор "Росатома" подписал указ о старте работ по токамаку с реакторными технологиями. Статус проекта теперь официально закреплен на отраслевом уровне, - рассказал гендиректор института Кирилл Ильин. - Эскизный проект установки должен быть готов уже в этом году. Он станет основой для формирования технического проекта в будущем. Параллельно создается инфраструктура будущего токамака, до конца года ее важные компоненты будут готовы в своей инженерной части".
"Эта машина имеет ряд принципиальных новшеств, - рассказывает о ТРТ Анатолий Красильников , директор Проектного центра ИТЭР(Россатом). - Электромагнитную систему впервые сделаем из высокотемпературных сверхпроводников. Это позволит поднять магнитное поле до 8 Тесла, увеличить параметры плазмы и уменьшить масштабы установки".
По словам Красильникова, нигде в мире пока не решили проблему генерации стационарного тока, которая необходима для поддержания термоядерного горения плазмы. На ТРТ исследуют несколько методов: нейтральную инжекцию, электронно-циклотронный нагрев и нижнегибридные волны.
Еще одна задача, пока не решенная термоядерщиками, - создание стационарного (длительностью от 100 секунд) разряда. Это важно для правильного взаимодействия плазмы со стенкой. "Мы будем отрабатывать на этой машине и новые материалы для первой стенки дивертора, и новые конструкции первой стенки и дивертора", - заверил глава Проектного центра ИТЭР.
Спор о первой стенке
А тем временем в международном проекте ИТЭР, который с начала 2000-х воплощается в реальные объекты и конструкции на юге Франции, наступает момент истины. Сейчас идет сборка вакуумной камеры реактора - это своего рода "сердце" ИТЭР. Уже установлено большинство внутрикамерных узлов и компонентов. Но до сих пор не решен вопрос, из чего делать первую стенку вакуумной камеры, которой предстоит находиться в непосредственной близости от плазмы, нагретой до 150 миллионов градусов.
Изначально ее планировали делать из бериллия, но буквально в прошлом году в Международной организации ИТЭР решили изменить выбор - теперь отдают предпочтение инерционно охлаждаемой стенке из вольфрама. Однако остаются сомнения в совместимости вольфрама с плазмой.
"Международная организация ИТЭР и Проектный центр в России обсуждают программу исследований по возможности применения покрытий из B4C на вольфраме для снижения риска попадания вольфрамовых примесей в плазму", - рассказал заместитель генерального директора ИТЭР Ютака Камада на конференции в Звенигороде.
Инициативные исследования таких покрытий в нашей стране идут уже почти год, сообщил Анатолий Красильников. Рассматривают не только B4C, но и другие варианты, в частности TiB2AlN.
"Мы уже изготовили и испытали первую партию образцов под нагрузками, подобными тем, которые будут в токамаке, - отметил он. - Международная организация ИТЭР подготовила соответствующий контракт с Россией. Это означает, что необходимость исследований признана, и в ИТЭР готовы тратить на это деньги. Изготовлена вторая партия образцов. В этом году или в начале следующего запланированы испытания на токамаках в Корее и в Китае".
В рамках термоядерного проекта разрабатываются установки не только для Земли, но и для космоса. Недавно "Росатом" отчитался о результатах НИОКР по плазменному ракетному двигателю. Изготовлен ускоритель плазмы с внешним магнитным полем для прототипа плазменного ракетного двигателя с повышенными параметрами тяги (не менее 6 Н) и удельного импульса (не менее 100 км/с). Мощность такого двигателя, работающего в импульсно-периодическом режиме, может достигать 300 кВт. В будущем это сделает возможными межпланетные перелеты и обмен грузами между Землей и Луной.