Как работает токамак. Технократическое движение

Токама́к (тороидальная камера с магнитными катушками) - тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, которые способны выдержать её температуру лишь до определенного предела, а специально создаваемым магнитным полем. По сравнению с другими установками, использующими магнитное поле для удержания плазмы, особенностью токамака является использование электрического тока, протекающего через плазму для создания полоидального поля, необходимого для сжатия, разогрева, и удержания равновесия плазмы. Этим он, в частности, отличается от стелларатора, являющегося одной из альтернативных схем удержания, в котором и тороидальное, и полоидальное поля создаются с помощью магнитных катушек. Но так как нить плазмы являет собой пример нестабильного равновесия, проект токамак пока не реализован и находится на стадии крайне дорогостоящих экспериментов по усложнению установки.

Еще следует заметить, что в отличие от реакторов делящегося типа (каждый из которых изначально проектировался и разрабатывался отдельно в своих странах), токамак на данный момент совместно разрабатывается в рамках международного научного проекта ITER.

Магнитное поле токамака и поток.

История

Почтовая марка СССР, 1987 год.

Предложение об использовании управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей и конкретная схема с использованием термоизоляции высокотемпературной плазмы электрическим полем были впервые сформулированы советским физиком О. А. Лаврентьевым в работе середины 1950-го года. Эта работа послужила катализатором советских исследований по проблеме управляемого термоядерного синтеза. А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм в 1951 году предложили модифицировать схему, предложив теоретическую основу термоядерного реактора, где плазма имела бы форму тора и удерживалась магнитным полем.

Термин «токамак» был придуман позже Игорем Николаевичем Головиным, учеником академика Курчатова. Первоначально он звучал как «токамаг» - сокращение от слов «тороидальная камера магнитная», но Н. А. Явлинский, автор первой тороидальной системы, предложил заменить «-маг» на «-мак» для благозвучия. Позже это название было заимствовано многими языками.

Первый токамак был построен в 1955 году, и долгое время токамаки существовали только в СССР. Лишь после 1968 года, когда на токамаке T-3, построенном в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова под руководством академика Л. А. Арцимовича, была достигнута температура плазмы 10 млн градусов, и английские ученые со своей аппаратурой подтвердили этот факт, в который поначалу отказывались верить, в мире начался настоящий бум токамаков. Начиная с 1973 программу исследований физики плазмы на токамаках возглавил Кадомцев Борис Борисович.

В настоящее время токамак считается наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Устройство

Токамак представляет собой тороидальную вакуумную камеру, на которую намотаны катушки для создания тороидального магнитного поля. Из вакуумной камеры сначала откачивают воздух, а затем заполняют её смесью дейтерия и трития. Затем с помощью индуктора в камере создают вихревое электрическое поле. Индуктор представляет собой первичную обмотку большого трансформатора, в котором камера токамака является вторичной обмоткой. Электрическое поле вызывает протекание тока и зажигание в камере плазмы.

Протекающий через плазму ток выполняет две задачи:

нагревает плазму так же, как нагревал бы любой другой проводник (омический нагрев);

создает вокруг себя магнитное поле. Это магнитное поле называется полоидальным (то есть направленное вдоль линий, проходящих через полюсы сферической системы координат).

Магнитное поле сжимает протекающий через плазму ток. В результате образуется конфигурация, в которой винтовые магнитные силовые линии «обвивают» плазменный шнур. При этом шаг при вращении в тороидальном направлении не совпадает с шагом в полоидальном направлении. Магнитные линии оказываются незамкнутыми, они бесконечно много раз закручиваются вокруг тора, образуя так называемые «магнитные поверхности» тороидальной формы.

Наличие полоидального поля необходимо для стабильного удержания плазмы в такой системе. Так как оно создается за счёт увеличения тока в индукторе, а он не может быть бесконечным, время стабильного существования плазмы в классическом токамаке ограничено. Для преодоления этого ограничения разработаны дополнительные способы поддержания тока. Для этого может быть использована инжекция в плазму ускоренных нейтральных атомов дейтерия или трития или микроволновое излучение.

Кроме тороидальных катушек для управления плазменным шнуром необходимы дополнительные катушки полоидального поля. Они представляют собой кольцевые витки вокруг вертикальной оси камеры токамака.

Одного только нагрева за счет протекания тока недостаточно для нагрева плазмы до температуры, необходимой для осуществления термоядерной реакции. Для дополнительного нагрева используется микроволновое излучение на так называемых резонансных частотах (например, совпадающих с циклотронной частотой либо электронов, либо ионов) или инжекция быстрых нейтральных атомов.

Токамаки и их характеристики

Всего в мире было построено около 300 токамаков. Ниже перечислены наиболее крупные из них.

СССР и Россия

Т-3 - первый функциональный аппарат.

Т-4 - увеличенный вариант Т-3

Т-7 - уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т-7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики.

Т-10 и PLT - следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона - в 200 раз.

Т-15 - реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле индукцией 3,6 Тл.

Китай

EAST - расположен в городе Хэфэй, провинция Аньхой. На токамаке превышен критерий Лоусона по уровню зажигания, коэффициент выхода энергии - 1,25

7 миллиардов тенге из бюджета страны, вложенных в строительство, и 6 лет вынужденного простоя в поисках источников финансирования. Проект казахстанского материаловедческого токамака был на грани закрытия. Однако ситуация радикально изменилась благодаря новым направлениям международного сотрудничества. Журналист Григорий Беденко побывал в Курчатове и специально для Infromburo.kz подготовил репортаж о перспективах исследований в области управляемого термоядерного синтеза.

Немного истории

В середине XX века самые развитые страны мира очень быстро овладели атомной энергией и научились использовать её как в военных оружейных программах, так и для получения больших объёмов тепловой и электрической энергии в мирных целях. Однако процесс управляемого распада атомного ядра оказался крайне небезопасным для окружающей среды. Аварии на атомных станциях и колоссальная проблема с утилизацией высокоактивных отходов лишили этот вид энергетики перспектив. Тогда же, в середине века, учёные выдвинули гипотезу о том, что альтернативой может стать управляемый термоядерный синтез. Специалисты предлагали повторить в земных условиях процессы, происходящие в недрах звёзд, и научиться не только их контролировать, но и получать энергию в необходимых для существования цивилизации количествах. Как известно, в основе термоядерного синтеза лежит принцип слияния лёгких ядер водорода в более тяжёлые с образованием гелия. При этом выделяется значительно больше энергии, чем при обратном процессе, когда ядра тяжёлых элементов делятся на более лёгкие с огромным энерговыделением и образованием изотопов различных элементов таблицы Менделеева. Вредных воздействий и опасных отходов производства в термоядерных реакторах нет.

Схема международного экспериментального термоядерного реактора ITER

Любопытно, что сам процесс термоядерного синтеза был достаточно легко воссоздан для оружейных программ, однако разработка мирных энергетических проектов оказалась практически нерешаемой задачей. Главное для водородной бомбы - это, собственно, запустить процесс синтеза, который происходит за наносекунды. Но для энергетического термоядерного реактора необходимы особые условия. Чтобы получить энергию, необходимо за определённый промежуток времени удержать в контролируемом состоянии высокотемпературную плазму - она разогрета от 10 до до 30 миллионов градусов Цельсия. При удержании такой плазмы создаются физические условия для слияния лёгких ядер дейтерия и трития в тяжёлые. Причём энергии должно выделиться больше, чем затраченной на разогрев и удержание плазмы. Считается, что однократный импульс с протеканием управляемого термоядерного синтеза с положительным коэффициентом энерговыделения должен продолжаться не менее 500 секунд. Но за такое время и при таких температурах ни один конструкционный материал перспективного реактора не выдержит. Он просто испарится. И вот над проблемой материаловедения ученые всего мира почти безрезультатно бьются уже более полувека.

Плазма, полученная на казахстанском материаловедческом токамаке / Материалы предоставлены Институтом атомной энергии НЯЦ РК

Материалы предоставлены Институтом атомной энергии НЯЦ РК

Это сильно замедленное видео показывает образование плазмы в казахстанском токамаке (материалы предоставлены Институтом атомной энергии НЯЦ РК)

Образование плазмы в КТМ

Что такое токамак и стелларатор?

Аббревиатура русская, как как первая установка была разработана в Советском Союзе. Токамак - это тороидальная камера с магнитными катушками. Тор представляет собой трёхмерную геометрическую фигуру (по форме напоминающую бублик, если простыми словами), а тороид - тонкий провод, намотанный на каркас в форме тора. Таким образом, высокотемпературная плазма в установке образуется и удерживается в форме тора. При этом главный принцип токамака сводится к тому, что плазма не взаимодействует со стенками камеры, а как бы висит в пространстве, удерживаемая сверхмощным магнитным полем. Схему термоизоляции плазмы и метод использования подобных установок в промышленных целях впервые предложил советский физик Олег Александрович Лаврентьев. Первый токамак был построен в 1954 году и долгое время существовал только в СССР. До настоящего времени в мире было построено где-то около двух сотен подобных устройств. Сейчас действующие тороидальные камеры для исследования управляемого термоядерного синтеза есть в России, США, Японии, Китае и в Евросоюзе. Самым крупным международным проектом в этой сфере является ITER (об этом чуть позже). Инициатором строительства материаловедческого токамака в Казахстане был руководитель российского Курчатовского института академик Евгений Павлович Велихов. С 1975 года он возглавлял советскую программу управляемых термоядерных реакторов. Идея построить установку на бывшем Семипалатинском ядерном полигоне появилась в 1998 году, когда Велихов встретился с президентом РК Нурсултаном Назарбаевым.

Схема удержания плазмы в стеллараторе / Материалы предоставлены Институтом атомной энергии НЯЦ РК

Стелларатор представляет собой альтернативный токамаку тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Изобретён американским астрофизиком Лайманом Спитцером в 1950 году. Название происходит от латинского слова stella (звезда), что указывает на аналогичность процессов внутри звёзд и в рукотворной установке. Главное отличие состоит в том, что магнитное поле для изоляции плазмы от внутренних стенок камеры полностью создаётся внешними катушками, что позволяет использовать его в непрерывном режиме. Плазма в стеллараторе образуется в форме “мятого бублика” и как бы закручивается. На сегодняшний день исследовательские стеллараторы есть в России, на Украине, в Германии и в Японии. Причём в Германии недавно запущен крупнейший в мире стелларатор Wendelstein 7-X (W7-X).

Казахстанский токамак материаловедческий / Григорий Беденко

Это всё исследовательские установки, - рассказывает руководитель научной группы проекта КТM Стелларатор отличается конфигурацией магнитного поля. В токамаке для удержания плазмы применяется так называемая тороидальная обмотка и полоидальная внешняя обмотка. А в стеллараторе наоборот - там накрученная по спирали обмотка, которая выполняет функции и тороидальной, и полоидальной. Токамак изначально является импульсной установкой, а стелларатор - более стационарная установка, то есть преимущество закрученной обмотки позволяет неограниченно долго удерживать плазму. Стеллараторы разрабатывались в одно время с токамаками, и в свое время токамаки вырвались вперёд по параметрам плазмы. Во всем мире началось “шествие” токамаков. Но тем не менее стеллараторы развиваются. Они есть в Японии, в Германии недавно построили - был введён в эксплуатацию Wendelstein 7-X (W7-X). В США есть стелларатор. Кроме того, есть огромное количество всевозможных исследовательских установок с отчасти магнитным удержанием плазмы - это ловушки различные. Также есть инерциальный термоядерный синтез, когда маленькая мишень нагревается под действием лазерного излучения. Это такой маленький термоядерный взрыв.

Узлы и агрегаты верхней части установки / Григорий Беденко

И всё же наиболее перспективным в качестве промышленного термоядерного реактора на сегодняшний день считается токамак.

Технологическое здание, в котором находится КТМ / Григорий Беденко

Токамак в Казахстане

Казахстанская установка была построена к 2010 году на специально отведённой площадке в административной зоне бывшего Семипалатинского полигона - городе Курчатове. Комплекс состоит из нескольких технологических зданий, в которых размещены узлы и агрегаты токамака, а также мастерские, помещения для обработки данных, размещения персонала и т.п. Проект был разработан в России на базе Национального центра термоядерных исследований (Курчатовский институт). Вакуумную камеру, магнитные катушки и прочее проектировали и собирали в НИИ электрофизической аппаратуры им. Д.В. Евремова (НИИ ЭФА), автоматику - в Томском политехническом институте. Участниками проекта с российской стороны также стали Всероссийский институт токов (НИИ ТВЧ), ТРИНИТИ (Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований). Генеральным проектировщиком от Казахстана выступило ТОО “Промэнергопроект”, а непосредственно монтировало комплекс УПК “Казэлектромонтаж”. После завершения всех работ КТМ был запущен и дал первую плазму. Затем финансирование проекта свернули, и токамак на долгие шесть лет превратился в дорогостоящий высокотехнологичный туристический объект.

Монтаж оборудования дооснащения КТМ / Григорий Беденко

Вторая жизнь КТМ

Перезагрузка проекта произошла накануне ЭКСПО-2017 в Астане. Он отлично стыковался с концепцией Всемирной выставки, посвящённой энергии будущего. Девятого июня установка была вновь запущена в присутствии большого количества журналистов. На пуске присутствовали российские разработчики. Как было заявлено в ходе торжественного мероприятия, цель первого этапа физического пуска - отладка и проверка штатных систем КТМ. Также, по словам руководителя Национального ядерного центра РК Эрлана Батырбекова, на базе казахстанского токамака учёные из разных стран смогут проводить широкий спектр исследований, в том числе по модернизации существующих промышленных реакторов.

Преобразователь переменного тока для КТМ имеет футуристический вид / Григорий Беденко

Далее ситуация развивалась в ещё более благоприятном русле. В Астане в ходе Министерской конференции и VIII Международного форума по энергетике Казахстан получил официально приглашение стать ассоциированным членом Международной организации ITER. Международный экспериментальный термоядерный реактор (International Thermonuclear Experimental Reactor) создаётся группой стран с целью демонстрации возможности коммерческого использования термоядерной энергии, а также решения физических и технологических проблем в этой сфере. По сути, ITER - это огромный и очень сложный по конструкции токамак. В проекте принимают участие страны Евросоюза, Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США, Япония и вот теперь уже и наша страна. От Казахстана исследованиями по теме займутся специалисты Национального ядерного центра, НИИ экспериментальной и теоретической физики КазНУ им. Аль-Фараби, Института ядерной физики, Ульбинского металлургического завода, КазНИПИЭнергопрома и Казэлектромаша. ITER будет создан во Франции, в 60 километрах от Марселя. В настоящее время стоимость проекта оценивается в 19 миллиардов евро. Запуск установки запланирован на 2025 год.

Бауржан Чектыбаев / Григорий Беденко

Бауржан Чектыбаев, руководитель научной группы проекта КТ M

10 июня был заключён меморандум о совместном проведении исследований между ITER и КТМ. В рамках этого договора сейчас готовится проект по взаимодействию с Международной организацией ITER. Они заинтересованы в нашей установке. Сам по себе проект ITER тоже не простой, есть проблема материалов. В рамках проекта мы будем исследовать вольфрам и бериллий. Определённые узлы и детали ITER будут сделаны из этого материала. Мы их будем обкатывать. Вся первая стенка реактора ITER будет выложена плитками из вольфрама и бериллия. Сама вакуумная камера состоит из дивертора, куда стекают потоки плазмы, там наиболее напряжённое место - 20 МВт на квадратный метр. Там будет вольфрам. Остальная часть первой стенки будет выложена бериллием.

КТМ - очень сложная с технологической точки зрения система / Григорий Беденко

- Почему в ITER так заинтересовались нашим токамаком?

Кроме материаловедения, задача нашей установки - исследования физики плазмы. КТМ уникален с точки зрения аспектного отношения. Есть такой параметр, один из основных для токамаков - отношение большого радиуса от оси к центру плазмы к малому, то есть от оси плазмы к её краям. У нас этот параметр равен двум. В том же ITER - 3,1. Все токамаки, которые более 3, являются классическими. Есть современное направление токамаков - это сферические токамаки, у которых аспектное отношение меньше 2 - полтора и даже ниже - крутые такие, почти сферические камеры. Наш токамак находится как бы в пограничном положении, между классическими и сферическими токамаками. Таких установок пока ещё не было, и здесь, думаю, будут вестись интересные исследования на тему поведения плазмы. Такие установки рассматриваются в качестве гибридных будущих реакторов, или объёмных источников нейтронов.

Нижняя часть вакуумной камеры КТМ / Фото Григория Беденко

- Насколько перспективно сотрудничество с ITER? Cпасёт ли оно проект?

В 2010 году был пробный пуск на том оборудовании и с той готовностью, которая была на тот момент. Задача была - показать, что установка "дышит" - способна работать. В том же десятом году у нас закончилось финансирование. Затем было шесть лет простоя. Всё это время мы боролись за бюджет. Ранее он был утверждён в 2006-м, и пришлось его полностью пересматривать. У нас около 80% оборудования зарубежное, и в контексте известных событий в мировой финансовой системе объект стал значительно дороже, чем изначально планировалось. В 2016-м после корректировки бюджета проекта было выделено дополнительное финансирование. Установка уже обошлась казахстанскому бюджету в 7 млрд тенге. Это строительно-монтажные работы, изготовление вакуумной камеры и электромагнитной системы.

Научным сотрудникам приходится быть мастерами на все руки / Григорий Беденко

- Что сейчас происходит? В июне был пробный пуск.

Сейчас создание КТМ находится на своей завершающей стадии. В настоящее время проводится монтаж и наладка основных и вспомогательных систем. У нас заключён договор с генеральным подрядчиком, выигравшим тендер. Работают две компании, одна занимается строительно-монтажными работами, вторая - пусконаладочными работами. “КазИнтелгрупп” занимается строительно-монтажными работами, "Гарант Качества XXI век" - пусконаладочными. В этом году планируется завершить строительство установки. Затем до конца года будет проведён физический пуск. В 2018 году установка будет введена в эксплуатацию, и начнутся полномасштабные эксперименты. В течение 3 лет мы планируем прийти к номинальным проектным параметрам, которые заложены в установку, и дальше уже исследовать материалы.

Местами КТМ напоминает корабль пришельцев / Фото Григория Беденко

- А как у вас обстоят деле с подбором сотрудников?

Большинство молодых специалистов - это выпускники казахстанских вузов, из Усть-Каменогорска, Павлодара и Семея. Кое-кто заканчивал российские вузы, например, Томский политехнический университет. Вопрос с кадрами стоит остро. По проекту должно быть около 120 человек, работают человек 40. В следующем году, когда комплекс будет введён в эксплуатацию, тогда будет набор. Но найти специалистов в данном направлении - это отдельная непростая задача.

Дмитрий Ольховик, начальник отдела систем автоматизации экспериментов КТМ

Особенность КТМ в том, что в нём есть поворотно-диверторное устройство, то есть все исследуемые материалы можно вращать внутри камеры. Помимо этого есть и транспортно-шлюзовое устройство. Это даёт возможность перезаряжать исследуемые материалы без разгерметизации вакуумной камеры. На других установка есть определённые сложности: если разгерметизировали камеру, чтобы её опять подготовить к новым пускам, необходимы как минимум неделя-две. Мы можем за одну кампанию спокойно заменять исследуемые образцы, при этом не тратя времени на разгерметизацию. В этом экономическое преимущество установки.

Некоторые виды нового оборудования ещё в заводской упаковке / Григорий Беденко

- А как будут проводиться эксперименты?

На таких установках в год проводятся две экспериментальные кампании. К примеру, проводим кампанию весной, затем летом анализируем полученные данные и планируем дальнейшие эксперименты. Вторая кампания проводится осенью. Сама кампания длится от двух до трёх месяцев. На пути к созданию энергетического термоядерного реактора есть две основные проблемы. Первая - отработка технологии получения и удержания плазмы, вторая - разработать материалы, те, которые обращены к плазме непосредственно, потому что плазма высокотемпературная. Летят громадные потоки энергии, воздействуют на материал. Материал в свою очередь разрушается, распыляется. И попадание этих частиц в плазму оказывает крайне негативный эффект. Плазма очень чувствительна к примесям. Они остужают плазму и в конце концов гасят её. Есть ещё тема нейтронного воздействия на конструкционные материалы. На нашем токамаке будут обкатываться материалы на предмет их теплостойкости. Имеются в виду их нераспыляемость и совместимость с плазмой. В качестве таких материалов будут изучаться вольфрам и бериллий. Будем их испытывать, смотреть, как они себя ведут в условиях высоких потоков плазмы, таких же, как и на ITER.

В КТМ применяются токи огромной мощности / Григорий Беденко

- Какие работы проводятся для дооснащения КТМ?

Монтаж технологических систем для вакуумной системы, системы охлаждения. Это очень сложная электроустановка. Чтобы получить магнитное поле, нужно забрать очень много энергии из сети. Для преобразования энергии существует определённый комплекс. Начиная от системы импульсного электропитания - очень много используется несущих трансформаторов, и используется терристорный преобразовательный комплекс, то есть довольно-таки сложная система с точки зрения эксплуатации, управления, и система очень распределена. То есть все эти работы сейчас производятся, производится наладка источников питания.

Работа весьма кропотливая / Григорий Беденко

Работа с новым оборудованием КТМ

Подобные установки требуют очень большого количества электроэнергии для работы. КТМ много будет потреблять?

При работе в номинальном режиме забор электроэнергии из сети составит порядка 80-100 МВт. За один эксперимент. Есть ещё штатная система дополнительного нагрева, которая также будет закачивать энергию из сети.

Система подачи питания на магнитные катушки / Григорий Беденко

Известно, что в Казахстане у значительной части населения наблюдается радиофобия. Это такие социально-психологические последствия ядерных испытаний. Насколько безопасными будут ваши исследования?

Считается, что управляемый термоядерный синтез - это альтернативная экологически безопасная энергетика. Аварий, подобных Чернобыльской, Фукусимской и т.п., здесь просто физически не может произойти. Самое серьёзное, что может произойти - это разгерметизация вакуумной камеры, где происходит удержание плазмы. При этом происходит гашение плазмы и утечка вот этих нескольких граммов термоядерного топлива, которое находилось в камере.

Верхняя часть установки / Григорий Беденко

И ещё несколько любопытных фактов про ITER, крупнейший в истории подобных исследований международный проект, на который наши специалисты возлагают большие надежды. Как уже было сказано выше, ITER - это международная организация, в которую входят более десятка стран: Россия, Франция, Япония, Китай, Индия, Евросоюз, Канада, США. Любопытно, что вклад каждой страны в проект производится в виде готовой продукции. К примеру, Россия выпускает часть криогенных обмоток на сверхпроводниках, энергетическое оборудование и т.п.

Работы по настройке системы подачи питания на КТМ / Григорий Беденко

ITER - это не энергетическая ещё установка, она не будет давать энергию. Это демонстрация технологии осуществимости получения плазмы с выходом энергии. После ITER, когда технологии будут отработаны, создадут демонстрационный реактор, который будет уже давать энергию. Это произойдёт где-то в 40-50-х годах XXI века. То есть спустя 100 лет после начала исследований на данную тему.

Пультовая КТМ / Григорий Беденко

В проекте ITER заложено около 500 секунд непрерывной работы. Реактор импульсный. В принципе, предусматривается до 1000 сек. - как пойдёт. Когда все технологии будут выбраны, утверждены материалы и конструкция, дальше будет создаваться DEMO. Уже решено, что этот реактор будет строиться в Японии.

Узлы КТМ / Григорий Беденко

По всей видимости, принцип действия энергетического термоядерного реактора будет следующим. Первый элемент, который будет принимать на себя тепловую энергию плазмы, внутри себя будет содержать каналы для теплообмена. Дальше всё, как на обычной электростанции - нагрев теплоносителя второго контура, раскрутка турбин и получение электрической энергии.

Общий вид реакторного зала КТМ / Григорий Беденко

Физический пуск ITER будет произведён в 2025 году. В эксплуатацию же его введут в 2028 году. По результатам работы в том числе рассматривается вариант создания гибридных реакторов - где нейтроны от термоядерного синтеза используются для расщепления ядерного топлива.

Мы знаем, что русские слова «белуга», «водка», «самовар» вошли в иностранные языки без перевода. Но, кроме иронии, это ничего не вызывает. Другое дело такое «непереводимое» слово, как «спутник», показывающее высокий потенциал отечественной науки и техники. Но «спутник» уже в прошлом. Появился ли какой-то новый термин, который может вызывать гордость за страну?

200 тыс. кВт-ч электроэнергии достаточно, чтобы обеспечить все потребности современного европейца в течение 30 лет. Для выработки такого количества электричества достаточно одной ванны воды (45 л) и столько лития, сколько его содержится в одной батарейке для компьютера. Но при нынешних технологиях получения энергии за счёт ископаемого топлива на это уходит 70 т угля.

Есть ещё одно слово, которое на всех языках произносится одинаково - «токамак». Русская аббревиатура дала название многочисленным сооружённым по миру установкам, в которых плазма в процессе термоядерного синтеза удерживается магнитным полем. Токамаком называют и будущий реактор международного проекта ИТЭР, который должен дать человечест-ву доступ к практически неисчерпаемому источнику энергии.

«Это русское слово, - говорит участникам пресс-тура в Международную организацию ИТЭР (Интернациональный термоядерный экспериментальный реактор. - Авт. ) Роберт Арно из службы коммуникаций. - А что оно означает, скажет мой коллега из России».

И Александр Петров, представитель российского Проектного центра ИТЭР , охотно поясняет: «Тороидальная камера с магнитными катушками!» Потом ему ещё не раз пришлось повторять это в диктофоны и камеры журналистов стран Европы, Кореи, Китая, Канады…

Как происходит синтез?

Идею токамака предложил академик Лаврентьев, а доработали её Андрей Сахаров и Игорь Тамм . Если нынешние технологии ядерной энергетики основаны на реакции распада, когда из более тяжёлых ядер образуются более лёгкие, то при термоядерном синтезе, наоборот, лёгкие атомные ядра соединяются, образуя более тяжёлые.

В основном речь идёт об изотопах водорода - дейтерии и тритии. Ядро первого состоит из протона и нейтрона, а ядро второго - из протона и двух нейтронов. В обычных условиях одинаково заряженные ядра, конечно, отталкиваются друг от друга, но при сверхвысоких температурах, наоборот, соединяются. В результате образуется ядро гелия плюс один свободный нейтрон, но главное - при этом высвобождается огромное количество энергии, которую раньше атомы тратили на взаимодействие друг с другом. Дейтерий легко «достаётся» из воды, а тритий более нестабилен, поэтому нарабатывается внутри установки за счёт реакции с литием.

Один термоядерный реактор - Солнце - дал человечеству возможность жить на нашей планете, согревая своим теплом. В центре звезды, где под воздействием гравитации достигается очень высокая плотность плазмы, реакция протекает при температуре 15 млн°С. На Земле достигнуть такой плотности не получится - остаётся только повышать температуру. В реакторе проекта ИТЭР она должна достигать 150 млн°С - в 10 раз выше, чем в солнечном ядре!

Кто-нибудь, кроме физиков, может себе такую представить? А какой из возможных на Земле материалов может её выдержать? Нет такого. Поэтому и придуман токамак. Его вакуумная камера в форме пустотелого «бублика» окружается сверхпроводящими электромагнитами - они создают тороидальное и полоидальное магнитные поля, которые не позволяет раскалённой плазме касаться стенок камеры. Есть ещё и центральный электромагнит - индуктор. Изменение тока в нём вызывает в плазме движение частиц, необходимое для синтеза.

Топлива для термоядерного синтеза нужно минимум, а без-опасность значительно выше, чем при нынешних технологиях. Ведь плотность плазмы очень мала (в миллион раз ниже плотности атмосферы!) - соответственно никакого взрыва быть не может. А при малейшем снижении температуры реакция прекращается - тогда плазма, как говорят физики, просто «осыпается», не нанося никакого вреда окружающей среде. Кроме того, загружаться топливо будет непрерывно, то есть работу реактора легко остановить в любой момент. Радиоактивных отходов он практически не производит.

Сколь долог путь?

С конца 60-х, когда успех советских физиков в области управляемой термоядерной реакции стал очевиден, токамаки появились не только в России, но и в Казахстане, США, Европе, Японии, Китае. Они доказали, что создавать и удерживать высокотемпературную плазму, в которой идёт реакция, реально. Однако до сих пор удержание было коротким, исчисляясь секундами, а также затратным в смысле энергии, потраченной на разогрев. Для науки такие результаты были достаточными, а для того чтобы человечество могло шагнуть в новую энергетическую эру - нет.

И тогда родилась идея международного проекта, основная задача которого - построить реактор, способный вырабатывать энергию в объёмах, значительно больших, чем необходимо для поддержания термоядерной реакции. Q ≥ 10 - так формулируют её физики.

Начало было положено в 1985 г. на встрече глав СССР и США. Проект назвали Интернациональным термоядерным экспериментальным реактором: ITER - в английской транскрипции, ИТЭР - в русской. Он решает общую для всего человечест-ва задачу, да и масштаб таков, что одной стране не потянуть, потому и стал международным. Сегодня в нём участвуют страны ЕС, Китай, Индия, Япония, Республика Корея, Россия и США. Участие каждой стороны определено: Европа - 45%, остальные - по 9% с небольшим, но выражается это не валютой, а осязаемым вкладом - выполненными работами или изготовленным оборудованием.

Понадобились десятилетия, чтобы проект выстроился и «вычертился» - на бумаге, в 3D-моделях. И теперь уже его черты и линии наносятся на реальной площадке на юге Франции, по соседству с исследовательским центром Кадараш, в котором имеется свой токамак.

В чём наш вклад?

Запах прованских трав обволакивает холмистый пейзаж, в том числе и внушительных размеров площадку (42 га, или 60 футбольных полей) с пятью огромными башенными кранами, где полным ходом идёт строительство корпусов, которых будет здесь 39. К 2020 г. оно должно закончиться, но оборудование начнёт поступать раньше - по мере завершения определённых этапов.

Основные поставки из России приходятся по графику на 2016-2017 гг. Наша страна участвует в сооружении всех основных конструкций мегатокамака, изготавливает сверхпроводники, создаёт системы испытаний и диагностики. Более 30 российских предприятий и организаций задействованы в этом, большинство из них - дочерние предприятия Госкорпорации «Росатом». Ведь именно в атомной отрасли, несмотря на пережитые страной тяжёлые времена, удалось сохранить высокий научный и производственный потенциал.

«В рамках российских обязательств изготавливается 25 систем для ИТЭР. Это не эксперименты и не НИОКР - это оборудование, которое надо поставить в Кадараш в срок», - говорит Анатолий Красильников, руководитель Проектного центра ИТЭР - российского агентства ИТЭР .

Само оборудование это уникально - в большинстве случаев для его создания разрабатываются абсолютно новые технологии. К примеру, первая стенка бланкета («одеяла») плазменной камеры, на которую придётся максимальная температурная нагрузка. Какие материалы смогут выдержать? Какие нюансы в конструкцию нужно заложить? На эти вопросы уже нашли ответы в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова (НИИЭФА). Стенка будет из бериллия, и не сплошная, а нарезанная маленькими квадратными пластинками - чтобы материалу легче было «дышать» и он не растрескался от высоких температур, как земля в летний зной.

Ещё одна серьёзная задача, которую уже решили росатомовские учёные и специалисты, - соединение друг с другом разных материалов: бериллия - бронзы, меди - нержавеющей стали, вольфрама - меди. Обычная сварка для условий проекта не подходит, поэтому медь наплавляют на вольфрам в вакуумной камере, сталь соединяют с медью методом «сварки взрывом» - тогда образуется единый металлический блок, который уже не разъединить даже сверхвысоким температурам.

Участие в проекте - серьёзный толчок не только для отечественной науки, но и для экономики страны, поскольку даёт возможность шагнуть на иной уровень технологий и производств, а иногда и прыгнуть. К примеру, на Чепецком механическом заводе за 4 года с нуля освоили производство продукции из титановых сплавов. В прошлом году наши атомщики уже завершили поставки сверхпроводящих стрендов для ИТЭР. Благодаря участию в проекте на заводе запущена новая - сложная и дорогостоящая - номенклатура изделий, что значительно повысило доходы предприятия.

Отчего пробуксовки?

Собственно, желанием овладеть технологиями во многом объясняется международная кооперация в проекте. Ведь независимо от того, кто занимался разработкой или производством конкретной детали или конст-рукции, созданные технологии становятся общим для всех стран-участниц интеллектуальным продуктом и могут использоваться ими в других целях.

Правда, демократичные условия участия и отсутствие общего бюджета проекта обернулись тем, что не все справляются со своими обязательствами в срок. Начались задержки и разногласия. И если к России никаких претензий нет, она - самая обязательная сторона в проекте, то в той же Европе наметилось заметное отставание.

Сдвинулись и намеченные поначалу сроки. Получить первую плазму к 2020 г., а первую энергию в сети - к 2027 г. уже нереально. Конечно, во многом это объясняется новаторством проекта - никто в мире ничего подобного преж-де не делал. И естественно, что жизнь вносит в бумажные расчёты свои корректировки. Но, с другой стороны, есть и элементарная необязательность. Исключить её намерен новый генеральный директор проекта Бернар Биго . По его словам, к концу этого года должен быть утверждён скорректированный график и пересмотрена система управления проектом. Он не исключает, что какие-то работы могут быть перераспределены между участниками.

«Мы думали, что соблюдать поставленные сроки получится просто благодаря добросовест-ности и добрым намерениям. Теперь поняли, что без строгого менеджмента ничего не выйдет. Но речь не о том, кто кем будет управлять, - мы должны научиться работать сообща», - говорит Б. Биго.

Зачем мечтать?

Новый гендиректор - из тех учёных, которые не просто верят в проект, но убеждены в его успехе. «Нет «плана Б», нет альтернативы, - считает он. - Мы можем вносить корректировки. Но это уже - реальная история».

Реальностью называют проект и сотни наших учёных и специалистов. А как же ещё? Ведь в организации ИТЭР пока ничего, кроме офисного здания и стройплощадки, нет. Но в наших росатомовских НИИ и на его предприятиях, а также в других организациях и компаниях, задействованных в проекте, - есть. Уже сделали сверхпроводники, выпустили невиданные доселе кабели, где сотни скрученных проводов помещены в оболочку из меди и стали, приступили к намотке катушек. Недавно в питерском НИИЭФА прошли успешные испытания прототипа резисторов для быст-рого вывода энергии из обмоток магнитной системы, а в Нижнем Новгороде в НПП «Гиком» - испытания прототипа гиротронного комплекса для генерации тока и нагрева плазмы. В институте ТРИНИТИ обрели реальные черты алмазные детекторы для вертикальной нейтронной камеры.

Однако реальность и мечта в ИТЭР неотделимы друг от друга. Учёным и специалистам, увлечённым своей работой, проект не просто открыл новые перспективы - он их одухотворил. Евгений Вещев, специалист по диагностике, вспоминает, как, будучи студентом МИФИ, впервые увидел токамак и прослушал лекцию про перспективы термоядерной энергетики . Он был просто окрылён, узнав о проекте, и подумал: «Как это здорово - быть причастным к такому важному для человечества делу!» И теперь счастлив, потому что каждый день вносит в него свою лепту.

«Мечты могут быть затратными - как миссия «Аполлон» или программы NASA, - с воодушевлением говорит Марк Хендерссон, руководитель секции электронного циклотрона . - Но мы должны мечтать! В том числе о новом ядерном синтезе, который можно назвать Прометеем сегодняшнего дня».

Мнение эксперта:

Сергей Кириенко, генеральный директор Госкорпорации «Рос-атом» :

Необходимо объединить усилия всех участников для того, чтобы обеспечить развитие нашей отрасли, сформировать новое поколение в ней, объединив при этом и деньги, и время, и главное - опыт.

Мы все должны объединить усилия для реализации таких международных проектов, как ИНПРО под эгидой МАГАТЭ или осуществляемый во Франции проект ИТЭР.

Недавно в Московском физико-техническом институте состоялась российская презентация проекта ИТЭР, в рамках которого планируется создать термоядерный реактор, работающий по принципу токамака. Группа ученых из России рассказала о международном проекте и об участии российских физиков в создании этого объекта. «Лента.ру» посетила презентацию ИТЭР и поговорила с одним из участников проекта.

ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor - Международный термоядерный экспериментальный реактор) - проект термоядерного реактора, позволяющий продемонстрировать и исследовать термоядерные технологии для их дальнейшего использования в мирных и коммерческих целях. Создатели проекта считают, что управляемый термоядерный синтез может стать энергетикой будущего и служить альтернативой современным газу, нефти и углю. Исследователи отмечают безопасность, экологичность и доступность технологии ИТЭР по сравнению с обычной энергетикой. По сложности проект сравним с Большим адронным коллайдером; установка реактора включает в себя более десяти миллионов конструктивных элементов.

Об ИТЭР

Для тороидальных магнитов токамака необходимо 80 тысяч километров сверхпроводящих нитей; общий их вес достигает 400 тонн. Сам реактор будет весить около 23 тысяч тонн. Для сравнения - вес Эйфелевой башни в Париже равен всего 7,3 тысячи тонн. Объем плазмы в токамаке будет достигать 840 кубических метров, тогда как, например, в крупнейшем действующем в Великобритании реакторе такого типа - JET - объем равен ста кубическим метрам.

Высота токамака составит 73 метра, из которых 60 метров будут находиться над землей и 13 метров - под ней. Для сравнения, высота Спасской башни Московского Кремля равна 71 метру. Основная платформа реактора будет занимать площадь, равную 42 гектарам, что сопоставимо с площадью 60 футбольных полей. Температура в плазме токамака будет достигать 150 миллионов градусов Цельсия, что в десять раз выше температуры в центре Солнца.

В строительстве ИТЭР во второй половине 2010 годов планируется задействовать одновременно до пяти тысяч человек - в их число войдут как рабочие и инженеры, так и административный персонал. Многие компоненты ИТЭР будут доставляться от порта у Средиземного моря по специально сооруженной дороге длиной около 104 километров. В частности, по ней будет перевезен самый тяжелый фрагмент установки, масса которого составит более 900 тонн, а длина - около десяти метров. Более 2,5 миллионов кубометров земли вывезут с места строительства установки ИТЭР.

Общие затраты на проектные и строительные работы оцениваются в 13 миллиардов евро. Эти средства выделяются семью основными участниками проекта, представляющими интересы 35 стран. Для сравнения, совокупные расходы на строительство и обслуживание Большого адронного коллайдера почти в два раза меньше, а строительство и поддержание работоспособности Международной космической станции обходится почти в полтора раза дороже.

Токамак

Сегодня в мире существуют два перспективных проекта термоядерных реакторов: токамак (то роидальная ка мера с ма гнитными к атушками) и стелларатор. В обеих установках плазма удерживается магнитным полем, однако в токамаке она имеет форму тороидального шнура, по которому пропускается электрический ток, тогда как в стеллараторе магнитное поле наводится внешними катушками. В термоядерных реакторах происходят реакции синтеза тяжелых элементов из легких (гелия из изотопов водорода - дейтерия и трития), в отличие от обычных реакторов, где инициируются процессы распада тяжелых ядер на более легкие.

Фото: НИЦ «Курчатовский институт»/ nrcki.ru

Электрический ток в токамаке используется также и для начального разогрева плазмы до температуры около 30 миллионов градусов Цельсия; дальнейший разогрев производится специальными устройствами.

Теоретическая схема токамака была предложена в 1951 советскими физиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом , и в 1954 году в СССР была построена первая установка. Однако, ученым не удавалось продолжительное время поддерживать плазму в стационарном режиме, и к середине 1960 годов в мире сложилось убеждение, что управляемый термоядерный синтез на основе токамака невозможен.

Но уже через три года на установке Т-3 в Институте атомной энергии имени Курчатова под руководством Льва Арцимовича удалось нагреть плазму до температуры более пяти миллионов градусов Цельсия и ненадолго удержать ее; ученые из Великобритании, присутствовавшие на эксперименте, на своем оборудовании зафиксировали температуру около десяти миллионов градусов. После этого в мире начался настоящий бум токамаков, так что в мире было построено около 300 установок, самые крупные из которых находятся в Европе, Японии, США и России.

Изображение: Rfassbind/ wikipedia.org

Управление ИТЭР

На чем основана уверенность в том, что ИТЭР заработает через 5-10 лет? На каких практических и теоретических разработках?

С российской стороны заявленный график работ мы выполняем и не собираемся нарушать. К сожалению, мы видим некоторое запаздывание работ, выполняемых другими, в основном Европой; частично есть запаздывание у Америки и наблюдается тенденция к тому, что проект будет несколько задержан. Задержан, но не остановлен. Есть уверенность в том, что он заработает. Концепт самого проекта полностью теоретически и практически просчитан и надежен, поэтому я думаю, что он заработает. Даст ли он в полной мере заявленные результаты... поживем - увидим.

Проект скорее носит исследовательский характер?

Конечно. Заявленный результат не есть полученный результат. Если он будет получен в полной мере, я буду предельно счастлив.

Какие новые технологии появились, появляются или будут появляться в проекте ИТЭР?

Проект ИТЭР является не просто сверхсложным, но еще и сверхнапряженным проектом. Напряженным в плане энергонагрузки, условий эксплуатации определенных элементов, в том числе наших систем. Поэтому новые технологии просто обязаны рождаться в этом проекте.

А есть пример?

Космос. Например, наши алмазные детекторы. Мы обсуждали возможность применения наших алмазных детекторов на космических грузовиках, которые представляют собой ядерные машины, перевозящие некоторые объекты типа спутников или станций с орбиты на орбиту. Есть такой проект космического грузовика. Так как это аппарат с ядерным реактором на борту, то сложные условия эксплуатации требуют анализа и контроля, так что наши детекторы вполне могли бы это сделать. На данный момент тема создания такой диагностики пока не финансируется. Если она будет создана, то может быть применена, и тогда в нее не нужно будет вкладывать деньги на стадии разработки, а только на стадии освоения и внедрения.

Какова доля современных российских разработок нулевых и девяностых годов в сравнении с советскими и западными разработками?

Доля российского научного вклада в ИТЭР на фоне общемирового очень велика. Я не знаю ее точно, но она очень весома. Она явно не меньше российского процента финансового участия в проекте, потому что во многих других командах есть большое количество русских, которые уехали за границу работать в другие институты. В Японии и Америке, везде, мы с ними очень хорошо контактируем и работаем, кто-то из них представляет Европу, кто-то - Америку. Кроме того, там есть и свои научные школы. Поэтому, насчет того, сильнее мы или больше развиваем то, что делали раньше... Один из великих сказал, что «мы стоим на плечах титанов», поэтому та база, которая была наработана в советские времена, неоспоримо велика и без нее мы ничего бы не смогли. Но и в данный момент мы не стоим на месте, мы движемся.

А чем занимается именно ваша группа в ИТЭР?

У меня сектор в отделе. Отдел занимается разработкой нескольких диагностик, наш сектор занимается конкретно разработкой вертикальной нейтронной камеры, нейтронной диагностики ИТЭР и решает большой круг задач от проектирования до изготовления, а также проводит сопутствующие научно-исследовательские работы, связанные с разработкой, в частности, алмазных детекторов. Алмазный детектор - уникальный прибор, первоначально созданный именно в нашей лаборатории. Ранее использовавшийся на многих термоядерных установках, сейчас он применяется достаточно широко многими лабораториями от Америки до Японии; они, скажем так, пошли за нами следом, но мы продолжаем оставаться на высоте. Сейчас мы делаем алмазные детекторы и собираемся выйти на уровень их промышленного производства (мелкосерийного производства).

В каких отраслях промышленности могут использоваться эти детекторы?

В данном случае это термоядерные исследования, в дальнейшем мы предполагаем, что они будут востребованы в ядерной энергетике.

Что именно делают детекторы, что они измеряют?

Нейтроны. Более ценного продукта, чем нейтрон, не существует. Мы с вами также состоим из нейтронов.

Какие характеристики нейтронов они измеряют?

Спектральные. Во-первых, непосредственная задача, которая решается в ИТЭРе, это измерение энергетических спектров нейтронов. Кроме того, они мониторят количество и энергию нейтронов. Вторая, дополнительная задача, касается ядерной энергетики: у нас есть параллельные разработки, которые могут измерять и тепловые нейтроны, являющиеся основой ядерных реакторов. У нас эта задача второстепенная, но она также отрабатывается, то есть мы можем работать здесь и в тоже время делать наработки, которые могут быть вполне успешно применены в ядерной энергетике.

Какими методами вы пользуетесь в своих исследованиях: теоретическими, практическими, компьютерным моделированием?

Всеми: от сложной математики (методов математической физики) и математического моделирования до экспериментов. Все самые разные типы расчетов, которые мы проводим, подтверждаются и проверяются экспериментами, потому что у нас непосредственно экспериментальная лаборатория с несколькими работающими нейтронными генераторами, на которых мы проводим тестирование тех систем, которые сами же и разрабатываем.

У вас в лаборатории есть действующий реактор?

Не реактор, а нейтронный генератор. Нейтронный генератор, по сути, это минимодель тех термоядерных реакций, о которых идет речь. В нем идет все то же самое, только там процесс несколько иной. Он работает по принципу ускорителя - это пучок определенных ионов, ударяющий по мишени. То есть в случае плазмы мы имеем горячий объект, в котором каждый атом имеет большую энергию, а в нашем случае специально ускоренный ион ударяется по мишени, насыщенной подобными же ионами. Соответственно, происходит реакция. Скажем так, это один из способов, которым вы можете делать ту же самую термоядерную реакцию; единственное только, что доказано, что данный способ не обладает высоким КПД, то есть вы не получите положительный энерговыход, но саму реакцию вы получаете - мы непосредственно наблюдаем данную реакцию и частицы и все, что в ней идет.

Токамак

Магнитное поле токамака и поток.

Токама́к (то роидальная ка мера с ма гнитными к атушками) - тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания . Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать необходимую для термоядерных реакций температуру, а специально создаваемым комбинированным магнитным полем - тороидальным внешним и полоидальным полем тока, протекающего по плазменному шнуру. По сравнению с другими установками, использующими магнитное поле для удержания плазмы, использование электрического тока является главной особенностью токамака. Ток в плазме обеспечивает разогрев плазмы и удержание равновесия плазменного шнура в вакуумной камере. Этим токамак, в частности, отличается от стелларатора , являющегося одной из альтернативных схем удержания, в котором и тороидальное, и полоидальное поля создаются с помощью внешних магнитных катушек.

Токамак-реактор на данный момент разрабатывается в рамках международного научного проекта ITER .

История

Устройство

Токамак представляет собой тороидальную вакуумную камеру, на которую намотаны катушки для создания тороидального магнитного поля . Из вакуумной камеры сначала откачивают воздух, а затем заполняют её смесью дейтерия и трития . Затем с помощью индуктора в камере создают вихревое электрическое поле . Индуктор представляет собой первичную обмотку большого трансформатора , в котором камера токамака является вторичной обмоткой. Электрическое поле вызывает протекание тока и зажигание в камере плазмы .

Протекающий через плазму ток выполняет две задачи:

нагревает плазму так же, как нагревал бы любой другой проводник (омический нагрев);
создает вокруг себя магнитное поле. Это магнитное поле называется полоидальным (то есть направленное вдоль линий, проходящих через полюсы сферической системы координат).

Кроме тороидальных катушек для управления плазменным шнуром необходимы дополнительные катушки полоидального поля . Они представляют собой кольцевые витки вокруг вертикальной оси камеры токамака.

Одного только нагрева за счет протекания тока недостаточно для нагрева плазмы до температуры, необходимой для осуществления термоядерной реакции. Для дополнительного нагрева используется микроволновое излучение на так называемых резонансных частотах (например, совпадающих с циклотронной частотой либо электронов , либо ионов) или инжекция быстрых нейтральных атомов.

Токамаки и их характеристики

Всего в мире было построено около 300 токамаков. Ниже перечислены наиболее крупные из них.

СССР и Россия

Т-3 - первый функциональный аппарат.
Т-4 - увеличенный вариант Т-3
Т-7 - уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе Ниобий олова , охлаждаемого жидким гелием . Главная задача Т-7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики.
Т-10 и PLT - следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона - в 200 раз.
Т-15 - реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле индукцией 3,6 Тл.

Китай

Европа и Великобритания

TM1-MH (англ.) (с 1977 - Castor, с 2007 - Golem) С начала 60-х до 1976-го года действовал в , затем был передан институту физики плазмы академии наук Чешской Республики .
JET (англ.) (Joint European Torus) - созданный организацией Евратом в Великобритании . В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт - нейтральная инжекция, 32 МВт - ионно-циклотронный резонанс. Критерий Лоусона в 4-5 раз ниже уровня зажигания.
Tore Supra (англ.) - токамак со сверхпроводящими катушками. Находится в исследовательском центре Кадараш (Франция).

США

TFTR (англ.) (Test Fusion Tokamak Reactor) - самый большой токамак в США (Принстонский университет) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Критерий Лоусона в 5,5 раза ниже порога зажигания. Закрыт в 1997 г.
NSTX (англ.) (National Spherical Torus Experiment) - сферический токамак (сферомак) работающий в настоящее время в Принстонском университете. Первая плазма в реакторе получена в 1999 году, через два года после закрытия TFTR.
Alcator C-Mod (англ.) - Alcator C-Mod характеризуется самым высоким магнитным полем и давлением плазмы в мире. Работает с 1993 г.
DIII-D (англ.) - токамак США, созданный и работающий в компании General Atomic в San Diego.

Япония

JT-60 (англ.) - работает в Институте ядерных исследований с 1985 г.

См. также

ITER - Международный экспериментальный термоядерный реактор

Примечания

Ссылки

Физики из Поднебесной заявляют, что они первыми воплотят термоядерную мечту в реальность

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :