Сегодня 29 февраля 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → реакторы
Быстрый переход

Британцы ускорили изготовление рабочих камер для малых ядерных реакторов с года до суток

Британская компания Sheffield Forgemasters рассказала о технологии ускоренного производства рабочих камер для малых модульных ядерных реакторов. Сегодня на каждое такое изделие необходимо затратить не менее одного года работы. Предложенная Sheffield технология позволяет выполнить работу всего за одни сутки, что обещает сделать выпуск реакторов относительно простым и недорогим мероприятием.

 Источник изображения: Sheffield Forgemasters

Источник изображения: Sheffield Forgemasters

В ближайшие два десятилетия по всему миру и, в том числе, в Великобритании должны быть созданы множество малых ядерных реакторов. Основное преимущество таких решений — это практически полное изготовление рабочих камер и сопутствующего оборудования на заводе, а не на площадке, как это происходит с большими реакторами. Подобный подход делает этап производства реакторов дешевле и быстрее. Также остаётся возможность усовершенствовать технологические процессы на производстве и продолжить снижение цен на изделия.

На примере макета в натуральную величину диаметром 3 м со стенками толщиной 200 мм компания Sheffield Forgemasters показала, как можно сварить рабочую камеру реактора всего за сутки с минимальным контролем качества швов и с полным их соответствием к требованиям в отрасли реакторов.

Компания использовала так называемую локальную электронно-лучевую сварку (LEBW), когда в зоне работы мощного электронного луча создаётся локальное разрежение воздуха. Создание условно вакуума в зоне сварки — это одно из требований технологического процесса для наиболее полного проникновения металла из свариваемых частей один в другой. При использовании традиционных методов эти работы могут занять более года, но компания Sheffield сократила этот процесс до одних суток, что может значительно ускорить внедрение малых модульных реакторов по всей Великобритании и за её пределами.

Rolls-Royce прогнала данные об аварии на АЭС «Фукусима» через квантовый компьютер, чтобы сделать малые реакторы безопасными

Компания Rolls-Royce обратилась к квантовым вычислениям, чтобы узнать о подходах для обеспечения безопасной эксплуатации малых ядерных реакторов на удалённых площадках. В будущем ожидается создание множества компактных ядерных силовых установок для добывающих компаний на Земле и в космосе. Все они будут работать под дистанционным наблюдением с локальной автоматикой, для создания надёжных алгоритмов которой привлекаются квантовые компьютеры.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В Великобритании с лета 2023 года запущена программа раннего доступа к квантовым технологиям (QTAP). Квантовые алгоритмы запускаются на фотонном оборудовании компании Orca Computing с привлечением безошибочных методологий компании Riverlane. Наряду с Rolls-Royce к программе QTAP получили доступ или ждут своей очереди компании Arup, Airbus и порт Дувра. Доступ к программе осуществляется через посредничество национальной программы Digital Catapult, призванной обеспечить промышленности Великобритании доступность квантовых вычислений.

Компания Rolls-Royce прогнала через квантовый вычислитель данные об аварии на АЭС «Фукусима». Она изучала возможность использования модели квантового машинного обучения для быстрого выявления потенциально опасных ситуаций. Это позволило бы реактору безопасно работать и при необходимости останавливаться с минимальным участием человека. О результатах проведенного эксперимента не сообщается. Возможно, понадобятся новые сеансы расчётов.

Джонатон Адамс (Jonathon Adams), помощник главного инженера Rolls-Royce, сказал: «Новая ядерная команда Rolls-Royce очень ориентирована на будущее, стремясь разрабатывать новые революционные технологии и исследовать энергоэффективные приложения для ядерной энергетики на Земле и в космосе. Квантовые технологии, включая квантовые вычисления, будут способствовать этому в течение следующих 15 лет. Важно, чтобы мы развили понимание того, как и когда мы сможем внедрить эту технологию».

Термоядерный реактор JET установил мировой рекорд выработки энергии, но больше не запустится никогда

Европейский термоядерный реактор Joint European Torus (JET) в британском Оксфорде установил новый мировой рекорд по объёму выработанной энергии в одном цикле реакции синтеза. Установка работала рекордные 6 секунд и произвела за это время 69,26 мегаджоулей тепловой энергии. Новый эксперимент стал очередным доказательством того, что проект ИТЭР будет успешным, поскольку токамак JET — это его уменьшенная копия.

 Внутри рабочей камеры термоядерного реактора. Источник изображения: Christopher Roux (CEA-IRFM)/EUROfusion

Внутри рабочей камеры термоядерного реактора. Источник изображения: Christopher Roux (CEA-IRFM)/EUROfusion

Установка JET была построена совместным усилием нескольких европейских стран 40 лет назад. В собственность британской UKAEA она перешла в октябре 2021 года, поскольку Великобритания вышла из ЕС. Около двух месяцев назад JET прекратил работу и будет демонтирован. За всё время термоядерный реактор создал свыше 100 тыс. импульсов с запуском термоядерной реакции синтеза.

Как и в будущем термоядерном реакторе проекта ИТЭР, и в будущей первой термоядерной европейской электростанции DEMO, в реакторе JET используется дейтерий-тритиевое топливо в соотношении 50/50. Это означает, что все реакции в JET и методы контроля над плазмой и формой её жгута в «пончике» рабочей камеры будут проходить одинаково с учётом, конечно, разных масштабов. На опыте JET учёные научились создавать ровную кромку плазмы без срывов на стенки сосуда, что даст возможность реактору ИТЭР работать максимально устойчиво с самой первой плазмы.

Реактор JET исчерпал свои возможности. Плазму в его рабочей камере удерживают обычные электромагниты с обмоткой из медной проволоки (в составе ИТЭР будут сверхпроводящие магниты). Он просто не сможет работать с большими энергиями. В своём прощальном эксперименте он за 6 секунд сжёг 0,21 мг дейтерий-тритиевого топлива, разогрев плазму до 150 млн °C и выработав рекордный объём энергии за один сеанс. Кстати, в 20 раз больше, чем на американской установке NIF в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, о чём европейские учёные упомянули в пресс-релизе.

Но надо сказать, эксперимент в JET не дошёл до самоподдерживающейся термоядерной реакции. Затраченной энергии было намного больше, чем получено в ходе реакции синтеза. В этом плане американцы оказались впереди планеты всей, хотя тоже с массой оговорок. В целом, наука об управляемом термоядерном синтезе в земных условиях медленно, но верно движется к своей цели — зажечь на Земле рукотворное солнце и получить бесконечный источник чистой энергии.

Китай намерен построить первый прототип термоядерной электростанции к 2035 году

В последние дни уходящего года в Китае были созданы две сверхструктуры для ускорения движения к практическому использованию энергии термоядерного синтеза. Речь идёт не столько о науке, как о коммерческих решениях ближайшего будущего. Если графики работ будут соблюдены, к 2035 году в Китае начнёт работать прототип промышленного термоядерного реактора, а к 2050 году термоядерные электростанции будут строиться по всей стране.

 Источник изображения: China National Nuclear Corporation

Источник изображения: China National Nuclear Corporation

В Китае 29 декабря 2023 года состоялась церемония учреждения государственной компании China Fusion Energy Inc. Она объединит исследования и разработки в области термоядерной энергетики в Китае, которые ранее были распределены между исследовательскими институтами и частными фирмами. Одновременно с этой структурой был создан консорциум из 25 организаций во главе с Китайской национальной ядерной корпорацией (CNNC). Консорциум будет решать ряд фундаментальных проблем, мешающих практическому освоению энергии термоядерного синтеза.

Создание столь мощных организаций и передача в их руки всех ранее разрозненных ресурсов даёт понять, что центральные власти Китая считают переход к термоядерной энергетике ключевым в промышленности и экономике. Для решения финансовых вопросов также был создан соответствующий фонд. Участниками консорциума стали не только профильные научные организации, но также такие государственные компании, как China Aerospace Science and Industry Corporation и State Grid Corporation of China. Для понимания масштаба усилий — это примерно как если бы под эгидой «Росатома» термоядерной проблематикой также начали бы заниматься РАО ЕЭС и «Ростех».

Согласно опубликованной CNNC информации о встрече, 13 членам новоиспечённого консорциума было поручено решить первый набор из 10 задач, которые касаются таких вопросов, как высокотемпературные сверхпроводящие магниты, материалы для термоядерных реакторов и высокопроизводительные накопители энергии. В первом приближении, если говорить о планах новых структур, Китай намерен построить промышленный прототип термоядерного реактора к 2035 году и внедрить технологию для крупномасштабного коммерческого использования к 2050 году.

Основной научный и экспериментальный задел предоставят две научные организации Китая: Юго-Западный институт физики (SWIP), расположенный в городе Чэнду на юго-западе Китая, и Институт физики плазмы (IPP) при Академии наук Китая в провинции Аньхой.

Китай позже всех включился в гонку за термоядерной энергией, но он быстро навёрстывает упущенное. Так, с 2011 по 2022 год именно Китай подал больше патентов в области термоядерного синтеза, чем любая другая страна.

Летом 2023 года термоядерный реактор HL-2A впервые сгенерировал плазму с током силой более 1 млн ампер в режиме улучшенного удержания, а экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак (EAST), разработанный Институтом физики плазмы в Хэфэе (провинция Аньхой) стал первым в мире полностью сверхпроводящим токамаком. В конце 2021 года он стал первым в своем роде, способном работать с длительностью импульса 1056 секунд. Есть и другие достижения, которые позволяют китайским учёным надеяться первыми в мире освоить практический термоядерный синтез — зажечь на Земле «искусственное Солнце».

Когда термояд становится рутиной: в этом году учёные из LLNL трижды запустили реакцию синтеза с положительным выходом энергии

В декабре прошлого года после десятилетий опытов учёные в США впервые добились положительного выхода энергии в процессе термоядерной реакции синтеза с помощью лазерного зажигания. В текущем году эта операция была повторена трижды и каждый раз с превышением энергии выхода над затраченной. Повторяемость стала лучшим доказательством того, что учёные находятся на правильном пути и добьются ещё большего успеха в будущем.

 Источник изображения: LLNL

Источник изображения: LLNL

Сегодня наиболее перспективными термоядерными реакторами считаются токамаки — реакторы с камерой в виде пончиков. Это предопределило выбор проекта для строительства первого масштабного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР во Франции. Но есть и другие способы запустить термоядерную реакцию. Например, с помощью лазеров, если их энергию в достаточной мере сконцентрировать на топливе. В конечном итоге нам надо заставить атомы водорода преодолеть кулоновское отталкивание и сблизиться для начала взаимодействия. Выбранные для этого методы и энергии остаются на выбор экспериментаторов. Это может быть гравитация, температура или излучение.

 Внешний вид мишени — хольраума

Внешний вид мишени — хольраума

Установка National Ignition Facility (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) использует 192 лазера, направленных на мишень с топливом. Топливная таблетка размером меньше перчинки помещается в специальный сосуд — хольраум. Лазеры ударяют в стенки хольраума и возбуждают в них рентгеновское излучение. Топливо находится в оптическом центре рентгеновских и лазерных лучей. Концентрация энергии в сочетании с ударными и инерционными явлениями достигает такого значения, что ядра в топливе начинают сливаться и выделять энергию.

Для извлечения из всего этого практической пользы получаемая на выходе энергия синтеза должны быть выше уровня энергии, затраченной на зажигание. Впервые этого удалось добиться в декабре 2022 года. На мишень упало 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж. В то же время необходимо понимать, что на накачку лазеров и поддержку всего оборудования установки ушло на пару порядков больше энергии. Установка лишь показала, что положительный выход возможен на уровне реакции.

 Установка NIF

Установка NIF

Опыт был повторен 30 июля этого года. Значение энергии на выходе достигло 3,5 МДж (по другим данным 3,88 МДж). Это доказало, что декабрьский результат не был случайностью. Затем учёные ещё раз повторили реакцию в октябре и ноябре. Можно даже сказать, что термояд стал для них рутиной. Однако в каждом случае происходит набор данных по течению реакции и настройкам установки, что даёт ценный опыт для практического улучшения как установки, так и процесса.

Уже второй опыт показал, что КПД реакции на комплексе NIF может быть улучшен. В конечном итоге к бесконечной и чистой термоядерной энергии можно будет прийти и по этой дороге, а не только по пути токамаков.

Найдено простое решение для создания компактных термоядерных реакторов

Группа учёных из Висконсинского университета в Мадисоне нашла возможность уменьшить размеры рабочих зон термоядерных реакторов. Исследователи испытали особое напыление для внутренних стенок камер реактора, которое не только лучше отводило тепло, но также связывало нейтральные атомы водорода в плазме — источник снижения мощности плазменного шнура и путь к преждевременному прекращению реакции.

 Источник изображения: University of Wisconsin-Madison/Николая Яловега (в центре снимка)

Источник изображения: University of Wisconsin-Madison/Николай Яловега (в центре снимка)

«Эти нейтральные частицы водорода вызывают потери мощности в плазме, что делает очень сложной задачу поддержания горячей плазмы и создания эффективного небольшого термоядерного реактора», — поясняет руководитель группы Николай Яловега, научный сотрудник в области ядерной инженерии и инженерной физики Висконсинского университета в Мадисоне (UW–Madison).

Для решения указанной проблемы команда Яловеги в качестве тугоплавкого покрытия внутренних стенок реакторной зоны испытала холодное напыление танталом. Частицы этого тугоплавкого металла распылялись и расплющивались до состояния блинов на поверхности нержавеющей стали. Такое нанесение не создавало сплошной слой металла, а оставляло границы по контуру каждой капли. Именно эти пограничные участки, как оказалось, очень легко связывали нейтральный водород, если его атомы вылетали из плазменного шнура.

Более того, выработавшую свой ресурс поверхность стенки с танталовым напылением не нужно было затем выбрасывать или перерабатывать, а вместо неё устанавливать новое изделие. Простой нагрев восстанавливаемого участка до сверхвысоких температур высвобождал захваченный водород, и элемент конструкции камеры снова был готов для работы в реакторе. Такое решение, очевидно, заметно облегчит и удешевит ремонт термоядерных реакторов. Наконец, технологически простое напыление позволит на месте ремонтировать внутренние стенки реакторной зоны.

«Создание композита из тугоплавкого металла с такими характеристиками, как хорошо контролируемое обращение с водородом в сочетании с эрозионной стойкостью и общей упругостью материала, является прорывом в разработке плазменных устройств и систем термоядерной энергетики», — сказал второй автор работы Оливер Шмитц. — Особенно интересна перспектива замены сплава и включения других тугоплавких металлов для улучшения композитных материалов для ядерного применения».

Свою разработку исследователи испытали на университетской установке WHAM (Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror). Установка является также испытательным полигоном для проектирования термоядерной электростанции, чем на проекте занимается компания Realta Fusion, созданная выходцами из университета.

В Китае заработала первая в мире АЭС четвёртого поколения

Китайские СМИ сообщают, что в стране в коммерческую эксплуатацию введена первая в мире АЭС четвёртого поколения — «Шидаовань» на территории восточной провинции Шаньдун. АЭС оперирует двумя высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами с галечным слоем (HTR-PM). Тепловая мощность каждого из них — 250 МВт(т). Оба они крутят одну газовую турбину мощностью 211 МВт(э). Запуск станции открывает дорогу более мощному проекту на 650 МВт(э).

 Источник изображения: Weibo/CPNN

АЭС «Шидаовань». Источник изображения: Weibo/CPNN

Всего утверждено шесть различных типов реакторов, которые смогут называться реакторами четвёртого поколения. Всех их объединяет одно — работа на значительно повышенных температурах носителей. Это может быть разогретый газ (гелий), как в случае АЭС «Шидаовань» или свинец, или расплавы солей, а также реакторы на быстрых нейтронах. Но кроме Китая пока никто не ввёл подобные реакторы в коммерческую эксплуатацию. Повышенные температуры теплоносителей, отметим, необходимы для более простого производства водорода с помощью АЭС. Второй за Китаем по этому пути последует Россия, которая строит реактор на быстрых нейтронах.

Также реактор «Шидаовань» интересен своим модульным подходом. В перспективе площадка обзаведётся ещё 18 реакторами. Шесть следующих будут приводить в действие одну 650-МВт(э) турбину, но проект ещё находится в разработке. Собственно, на ввод в коммерческую эксплуатацию первых двух турбин понадобилось около года. Они были готовы и прошли испытание ещё в октябре 2022 года.

Топливом для таких реакторов служат 60-мм шарики из графита, внутри которых находится обогащённый до 8,5 % уран-235. Шарики лежат в реакторах, как галька на пляже, сквозь слой которой продувается нагретый до 250 °C гелий. В каждом реакторе около 245 тыс. таких шариков. На выходе гелий нагревается до 750 °C, а на входе в турбину температура понижается до 567 °C.

Топливные шарики без разрушения выдерживают температуры до 1620 °C, что делает их безопасными даже в случае аварий. Интересно, что пионерами в области высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов были британцы. Однако к сегодняшнему дню их опыт и кадры были в значительной степени утрачены.

Крупнейший в мире термоядерный реактор начал работу в Японии

В японском городе Нака состоялось торжественное открытие крупнейшего в мире экспериментального термоядерного реактора. В совместном проекте Японии и Европейского союза участвуют более пятисот учёных и инженеров, а также более 70 компаний со всего мира.

 Источник изображения: Japan’s National Institutes for Quantum Science and Technology

Источник изображения: Japan’s National Institutes for Quantum Science and Technology

Целью запуска реактора JT-60SA является изучение возможности использования термоядерного синтеза в качестве безопасного, крупномасштабного и безуглеродного источника энергии. Новая установка должна приблизить учёных к технологии, при которой термоядерная реакция будет вырабатывать больше энергии, чем затрачивается на её запуск. Устройство высотой в шестиэтажный дом размещено в специальном ангаре в городе Нака, к северу от Токио.

Реактор представляет собой тороидальный корпус типа «токамак», в котором удерживается электронная плазма, разогретая до 200 миллионов градусов Цельсия. Реактор JT-60SA должен будет поддерживать работу в течение 100 секунд. Реактор использует сверхпроводящие магниты и имеет самый большой на сегодня объём рабочей зоны в 135 м3. Заметим, что в начале прошлого месяца сообщалось о получении первой плазмы на реакторе JT-60SA, так что нынешний официальный запуск скорее можно считать формальностью.

Данный реактор является предшественником своего старшего брата во Франции, находящегося в процессе строительства Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР). Правда, стройка сильно отстаёт от графика. Но реактор ИТЭР будет куда крупнее японского собрата — объём его рабочей камеры составит 840 м3, а значит плазмы там получится удерживать куда больше и куда дольше.

Конечная цель обоих проектов — заставить ядра водорода объединиться в один более тяжёлый элемент — гелий, высвобождая в результате реакции энергию в виде света и тепла. Аналогичные реакции происходят внутри естественных термоядерных реакторов — звёзд, в том числе нашего Солнца.

Сэм Дэвис (Sam Davis), заместитель руководителя проекта JT-60SA, отметил, что данный реактор «приблизит нас к получению энергии термоядерного синтеза». «Это результат сотрудничества более пяти сотен учёных и инженеров и более 70-ти компаний из Европы и Японии», — отметил Дэвис на торжественном открытии реактора в пятницу.

Комиссар ЕС по энергетике Кадри Симсон (Kadri Simson) заявил, что JT-60SA «самый передовой токамак в мире» и назвал начало его работы «важной вехой в истории термоядерного синтеза». «Термоядерный синтез имеет потенциал стать ключевым компонентом энергетического баланса во второй половине двадцать первого века», — подчеркнул Симсон.

Отметим, что в декабре прошлого года американские учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) смогли достичь термоядерного воспламенения — самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза, в ходе которой на выходе получается больше энергии, чем было потрачено на её запуск. Но в американской установке, в отличие от ИТЭР и JT-60SA, используется метод, известный как инерционный термоядерный синтез, при котором высокоэнергетические лазеры одновременно направляют пучки энергии в цилиндр размером с напёрсток, содержащий водород. Правительство США назвало полученный результат «эпохальным достижением» в поиске источника неограниченной, экологически чистой энергии и прекращения зависимости от ископаемых видов топлива.

Технология получения энергии из ядерного синтеза находится сейчас на начальном этапе развития, но рассматривается некоторыми учёными как ответ на быстро растущие энергетические потребности человечества. Термоядерный синтез отличается от реакций деления, которые используются в современных атомных электростанциях, тем, что два ядра атомов соединяются, а не делятся. В отличие от реакций деления, термоядерный синтез не несёт в себе рисков катастрофических ядерных аварий. При термоядерном синтезе выделяется гораздо меньше радиоактивных отходов, чем в результате работы современных атомных электростанций.

Строительство первого малого модульного реактора в США отменено — его электричество слишком дорогое

Коммунальное предприятие Utah Associated Municipal Power Systems сообщило об отмене соглашения по строительству в США первого малого модульного реактора (SMR) по проекту компании NuScale. Отмена последовала после заявления разработчика о повышении цен на вырабатываемое SMR электричество на 53 % и о неготовности клиентов выкупать всю произведённую реакторами электроэнергию.

 Рендер внешнего вида малой АЭС будущего. Источник изображений: NuScale

Рендер внешнего вида малой АЭС будущего. Источник изображений: NuScale

Группа клиентов UAMPS соглашалась выкупать до 80 % электроэнергии, вырабатываемой малым реактором, с чем NuScale не готова была смириться. Кроме того разработчик обещал электричество по $58 за 1 МВт·ч. Теперь NuScale говорит о повышении цен на вырабатываемую малыми модульными реакторами проекта электроэнергию на 53 % или до $89. Стороны не смогли найти компромисс и расторгли договор. NuScale выплатит коммунальщикам компенсацию в размере $49,8 млн и наблюдает сейчас за падением курса собственных акций (к сегодняшним торгам они подешевели на 27 %).

Малый модульный реактор компании VOYGR NuScale первым получил лицензию на реализацию проекта SMR в США. Его собирались строить на базе Национальной лаборатории в Айдахо. Комплекс состоял бы из шести SMR мощностью 77 МВт каждый. Реактор VOYGR работает и устроен подобно типичным большим атомным реакторам деления и отличается от них только размерами. Это должно позволить изготавливать реакторы на заводе без сложных работ на месте установки. Иначе говоря, такие проекты должны быть дешевле и реализоваться быстрее.

 Макет модуля SMR в разрезе

Макет модуля SMR в разрезе

Подобный подход, о чём предупреждали эксперты, сделает вырабатываемую SMR электроэнергию дороже, а количество радиоактивного мусора увеличит в десятки раз. Как видим, первое предсказание сбылось, а второе пока под вопросом. Проверить другое предсказание могут в Европе. У NuScale уже есть договорённость построить реакторы VOYGR в большом количестве в Польше, Румынии, Болгарии и на Украине.

Крупнейший в мире термоядерный реактор запущен в Японии

Крупнейший в мире термоядерный реактор получил первую плазму. Это установка JT-60SA, которая создавалась для помощи в отработке термоядерных технологий международному проекту ITER. Высота рабочей камеры JT-60SA всего вполовину меньше высоты камеры реактора ITER, что делает эксперименты на японском реакторе достаточно ценными для приближения успеха международного проекта.

 Источник изображения: Japan’s National Institutes for Quantum Science and Technology

Источник изображения: Japan’s National Institutes for Quantum Science and Technology

Термоядерный реактор JT-60SA был заново построен на месте старого реактора JT-60. Он стал больше, а магниты были заменены на сверхпроводящие. Это позволит ему удерживать плазму в самом большом на сегодня в мире объёме рабочей зоны в 135 м3. В реакторе ИТЭР, отметим, объём рабочей камеры составит 840 м3.

Обслуживающие реактор JT-60SA специалисты пока не сообщили о параметрах полученной в реакторе плазмы. В идеальном случае её температура (очевидно, речь об электронной плазме) должна дойти до 200 млн °C. В таком случае для запуска термоядерной реакции температура ионной плазмы должна достичь 100 млн °C. В таком состоянии реактор JT-60SA должен будет поддерживать работу в течение 100 секунд.

Получение первой плазмы на реакторе JT-60SA как на уменьшенной копии реактора ITER свидетельствует о правильном выборе конструкции и стратегии международного проекта. Реактор JT-60SA уже помог специалистам ITER, хотя далось это немалой кровью. В 2021 году во время пробного запуска JT-60SA в катушке одного из сверхпроводящих магнитов возникло короткое замыкание, что почти на три года отсрочило начало работы установки. Длительный и дорогой ремонт JT-60SA заставил инженеров ITER с повышенным вниманием отнестись к магнитам своего реактора помимо решения текущих проблем.

Эксперименты на JT-60SA позволят лучше подготовиться к запуску реактора во Франции. На последующих этапах пути этих реакторов разойдутся. Японский реактор может работать только на дейтериевом топливе, тогда как реактор ИТЭР со временем сможет перейти на более эффективное дейтерий-тритиевое топливо. Тем не менее, эксперименты на JT-60SA позволят японцам разработать собственную термоядерную электростанцию — проект DEMO, которую они намерены построить к 2050 году. А пока тон в отрасли задают китайцы, опытные термоядерные реакторы которых разогревают плазму до температур свыше 100 млн °C на сотни секунд.

Курчатовский институт испытал модернизированный токамак Т-15МД с новыми системами повышения мощности

На пленарном заседании форума «Технопром» вице-президент НИЦ «Курчатовский институт» Александр Благов сообщил о проведении энергетических испытаний модернизированного токамака Т-15МД. Это первая построенная за 20 лет установка такого рода в России. Первая плазма на токамаке получена весной этого года, после чего началось постепенное увеличение мощности установки.

 Модернизированная термоядерная установка токамак Т-15МД. Источник изображения: Юлия Бубнова/ТАСС

Модернизированная термоядерная установка токамак Т-15МД. Источник изображения: Юлия Бубнова/ТАСС

В чистом виде токамак Т-15МД не может считаться термоядерным реактором. По крайней мере, от него не будут требовать производства энергии. Установка проектировалась и создавалась как мощный термоядерный источник нейтронов. При этом Т-15МД обладает уникальным сочетанием компактности и мощности, что позволит отрабатывать на установке технологии, которые потом найдут применение в масштабных термоядерных проектах. В частности, Т-15МД входит в структуру международного термоядерного проекта ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и поможет запустить одноимённый реактор в работу, проверяя те или иные аспекты поведения установки и испытывая новое оборудование и материалы.

Физический пуск токамака Т-15МД состоялся в мае 2021 года при участии премьер-министра РФ Михаила Мишустина. Первая плазма на нём, как сообщалось выше, получена весной этого года.

«Сейчас мы его (токамак) дооснастили дополнительными системами нагрева и уже провели первые испытания по энергетическому пуску этой установки. Это очень важное событие с точки зрения развития термоядерный энергетики в нашей стране», — сказал Благов, которого цитирует ТАСС.

Работы по дооснащению токамака продолжаются. В конечном итоге он будет выведен на уровень, необходимый для получения результатов высокого международного значения. Работы по проекту ведёт Курчатовский институт. Конкретно реакторные технологии будут разрабатываться на другой установке — на токамаке с реакторными технологиями, который начали строить на базе Троицкого института инновационных термоядерных исследований. Он должен быть готов к 2030 году.

В России стартовало серийное производство ответственных компонентов термоядерного реактора ИТЭР

Предприятие Госкорпорации «Росатом» — АО «НИКИЭТ» — изготовило первую серийную партию высокотехнологичных компонентов для международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), строящегося на юге Франции. На базе компонентов российского производства будут изготовлены самые теплонагруженные передние стенки бланкета реактора — первой линии защиты реактора и внутрикамерного оборудования от контакта с плазмой.

 Несущая конструкция первой Источник изображения:

Несущая конструкция панелей первой стенки бланкета ИТЭР. Источник изображения: АО «НИКИЭТ»

Россия должна изготовить 40 % передних стенок бланкета — это 179 изделий. Со стороны плазмы они покрыты бериллием, а под его защитой будет железоводный блок охлаждения с невероятной производительностью — до 100 кг теплоносителя в секунду. Передние стенки бланкета изготавливают АО «НИКИЭТ» и АО «НИИЭФА». Каждая такая стенка должна выдерживать нагрузку до 4,7 МВт на м2. Это сменная деталь реактора, которая будет заменяться по мере износа, что продлит эксплуатацию реакторной камеры до 25 лет или дольше вместо 5 лет, если бы эти модули были несъёмными. Заменять блоки бланкета будет роботизированная система.

Основу передней стенки бланкета составляет несущая конструкция панелей первой стенки (НКПС) бланкета. АО «НИКИЭТ» сообщило об изготовлении первых серийных изделий НКПС. Всего до конца года будет изготовлено 20 таких компонентов. На базе НКПС собирается передняя стенка из защитных панелей, тепловых экранов и системы протока теплоносителя. Эти элементы будут испытывать в термоядерном реакторе колоссальные нагрузки по целому ряду воздействий — от радиационных до химических и тепловых, что требует высочайшей точности изготовления и соблюдения чистоты материалов.

«НИКИЭТ обладает значительными компетенциями и является одним из ключевых производителей компонентов для ИТЭР. Серийное производство изделий осуществляется на собственных производственных участках с применением высокотехнологичного оборудования, что гарантирует их высокое качество и соответствие всем установленным международным стандартам. До конца текущего года планируется завершить первый этап производства компонентов для 20 НКПС», — отметил заместитель главного конструктора по ядерно-физическим системам ИТЭР, начальник отдела разработки бланкетов и систем преобразования энергии для термоядерных реакторов АО «НИКИЭТ» Максим Николаевич Свириденко.

 Педняя стенка бланкета, блок охлаждения и модуль бланкета в сборе, а также схема размезщения модулей бланкета в реакторе

Передняя стенка бланкета, блок охлаждения и модуль бланкета в сборе, а также схема размещения модулей бланкета в реакторе

Разработка, изготовление и отправка уникального отечественного оборудования осуществляется в строгом соответствии с графиком сооружения экспериментального термоядерного реактора. Основной вклад Российской Федерации заключается в разработке, изготовлении и поставке 25 систем будущей установки. Но в какие сроки будет получена первая плазма в реакторе, сегодня можно только догадываться. Вместо продолжения сборки реактора его начали разбирать и ремонтировать.

«Росатом» представил топливные сборки для АЭС западного образца и теперь может стать поставщиком почти для любого реактора

На конференции TopFuel 2023 в китайском городе Сиане российские специалисты представили топливную сборку для легководных реакторов западного дизайна PWR. В Китае таких реакторов большинство и Россия, как минимум, может стать поставщиком в Поднебесную не просто сырья (урана), а топливных сборок — готовой высокотехнологичной продукции, которой на самом деле нет аналогов с перспективой стать поставщиком едва ли ни для любого реактора в мире.

 Источник изображения: «Росатом»

Источник изображения: «Росатом»

По данным «Росатома», сегодня каждый шестой энергетический реактор в мире работает на топливе российского производства. С 90-х годов прошлого века компания Westinghouse начала предпринимать попытки создать собственный аналог топлива для реакторов советского и, позже, российского дизайна. Сразу зайти со стороны европейского рынка не получилось из-за ненадлежащих рабочих характеристик американского топлива, но прогресс был достигнут на Украине и сегодня, с учётом украинского опыта и благодаря санкционному отсечению России от ЕС, компания Westinghouse начала активно заключать контракты на поставку топливных сборок для АЭС на базе российских проектов в Европе.

«Росатом», со своей стороны, тоже создал основу для поставки топливных сборок для реакторов Westinghouse и подобных. Основным преимуществом российского топлива «западного образца» считается полная независимость цепочек поставок. Процесс от начала до конца проводится в России с соблюдением всех технологических требований. Но и это не всё. Представленные российскими разработчиками топливные сборки имеют усовершенствования, которые позволяют топливу «гореть» дольше и с большей эффективностью.

Иными словами, российская альтернатива позволяет реже проводить процедуру загрузки реактора и открывает возможность работать под усиленными нагрузками. Тем самым эти сборки позволяют вырабатывать более дешёвое электричество, что ещё сильнее подчёркивает статус атомной энергетики, как «зелёной».

Сборки западного образца создаются на базе топлива российского дизайна ТВС-Квадрат (TVSK). Производство сборок топлива «ТВС-Квадрат» развёрнуто на Новосибирском заводе химконцентратов (ПАО «НЗХК», предприятие Топливной компании Росатома «ТВЭЛ»). Сборки прошли полный цикл испытаний в 2020 году в реакторе PWR-900 на энергоблоке № 3 АЭС «Рингхальс» в Швеции. После отработки их направили на независимую экспертизу в научный центр Studsvik в Швеции для проведения послереакторных исследований. Осенью 2021 года центр дал положительную оценку образцам. К сборкам российского производства, отработавшим на «западном» реакторе, не было никаких претензий.

«Топливо TVSK даёт операторам АЭС уникальные преимущества: повышение производственных показателей энергоблоков на базе апробированных решений, повышение эксплуатационной безопасности — и всё это вместе с повышением устойчивости цепочек поставок топлива благодаря полностью независимым техническим решениям Росатома», — подчеркнул руководитель проекта группы программы ТВС-Квадрат АО «ТВЭЛ» Илья Ушмаров.

Начался ремонт строящегося термоядерного реактора ИТЭР — демонтирован первый сектор активной зоны

На строящемся термоядерном реакторе ИТЭР на юге Франции начались ремонтные работы. На самом первом этапе сборки активной зоны реактора обнаружились дефекты производства компонентов и дефекты сборки — сектора изготовлены с нарушением габаритов, а система охлаждения пошла трещинами. Ремонт на годы отложит запуск реактора, и новой даты получения первой плазмы пока не названо.

 Извлечение для ремонта сектора вакуумной камеры реактора. Источник изображения: ИТЭР

Извлечение для ремонта сектора вакуумной камеры реактора. Источник изображения: ИТЭР

Активная зона реактора, по которой будет циркулировать 840 м3 плазмы, изготавливается в виде девяти одинаковых клиновидных секторов, каждый из которых весит 440 т и имеет высоту около 14 м. Каждый из секторов последовательно опускается в шахту реактора, и там происходит их сварка. Сварочные работы проводит робот. Первый сектор опустили в шахту в мае 2022 года. После спуска второго сектора выяснилось, что секции не совпадают по краям и робот не может наложить шов.

Проведение метрологической экспертизы выявило отклонения в размерах на других секторах. Это означало, что края секций необходимо в одних случаях подпиливать, а в других наращивать. С учётом габаритов каждой секции наращивать и спиливать необходимо будет сотни килограммов металла. Часть секций произведено в ЕС, а часть — в Южной Корее. Проблемы выявлены везде.

Проблему усугубляло то, что на каждый сектор в шахте установлены магниты тороидального поля, тепловые экраны и другое «железо», что увеличивает вес каждого модуля, который опускается в шахту, до 1200 т. Перед инженерами проекта стояла задача извлечь всё это из шахты без разборки, и эта процедура не была предусмотрена планом. Соответственно, не было никакой документации и регламента работ. Первый сектор извлекали четыре дня, и эта операция проведена успешно. Теперь его отвезли в сборочный цех для окончательного демонтажа навесных компонентов и ремонта.

Также предстоит ремонт тепловых экранов. Контроль выявил трещины в трубах охлаждения, которые появились вследствие коррозии после проведения сварочных работ (часть которых проводили сварщики без должной квалификации, как выяснилось). Необходимо в общей сложности заменить свыше 20 км труб охлаждения. Эти работы также невозможно было вести в шахте, и ремонтом будут заниматься после демонтажа экранов.

Совет ИТЭР должен был дать оценку происходящему весной этого года, чтобы установить новую дату получения первой плазмы. Очевидно, что ранее установленный срок — 2025 год, который и так неоднократно переносился, уже не подходит. Но совет уклонился от принятия ответственного решения и пообещал установить новую дату запуска реактора весной следующего года.

Реактор проекта ИТЭР не будет производить электрическую энергию. Это лишь доказательство концепции возможности запустить управляемую термоядерную реакцию с получением избытка энергии. Реактор должен в течение не менее 400 секунд вырабатывать 500 МВт энергии при затратах на запуск 50 МВт (в реальности потребуется ещё до 300 МВт на поддержку работы вспомогательных систем). Реактор ИТЭР утыкан датчиками, как ёжик иголками. В этом его основная задача — дать науке полное представление о возможностях практической реализации термоядерной реакции на уровне полномасштабных термоядерных электростанций.

В Китае разрешили тестовый запуск первой в мире АЭС на ториевом реакторе

Китайский национальный регулятор в сфере ядерной энергетики дал зелёный свет опытной эксплуатации первой в мире АЭС на ториевом топливе. Успех мероприятия будет означать продвижение Китая в сторону энергетической независимости. По некоторым подсчётам, запасов тория в стране хватит на 20 тыс. лет снабжения Поднебесной электричеством и теплом. Более того, стартовал проект по созданию малого модульного реактора на тории — их будут ставить везде.

 Источник изображения: Pixabay

Источник изображения: Pixabay

В своё время проект ториевого реактора Шанхайского института прикладной физики Китайской академии наук попал на первые страницы национальных газет. Во время закладки первого камня при строительстве комплекса была приглашена группа даосских монахов для обращения к небесам за благословением проекта. Работы стартовали в 2018 году и были завершены за три года вместо расчётных шести лет. Но затем проект забуксовал. Руководству института понадобились два года на согласование работ с экологами и регулятором, чтобы доказать его безопасность.

Разрешение на опытную эксплуатацию ториевого реактора выдано 7 июня 2023 года. Реактор и 2-МВт электростанция на его основе построены в провинции Ганьсу в городе Вувее (Увэйе) на окраине пустыни Гоби. В этом проявилась главная особенность ториевых реакторов — вода для их охлаждения не нужна. Теплоноситель — расплав солей — одновременно является транспортом для доставки топлива в зону реактора и он же выводит отработанное топливо из активной зоны.

Ториевые реакторы считаются намного безопасней классических атомных. Вода используется только во втором контуре и не контактирует с радиоактивными материалами. Даже в случае аварии ториевый реактор просто остынет без новой порции топлива без взрывов и разброса радиоактивных веществ. Это идеальный вариант для засушливых районов. В институте поделились новостью, что стартовала разработка малых модульных реакторов на ториевом топливе. В случае успеха технология может быть реализована не только на местном рынке, но также среди стран-партнёров Китая.

Этим проектом интересуются специалисты во всём мире. Два года назад после завершения строительства проект был благосклонно встречен в научной среде и удостоился обзора в журнале Nature. В США в 60-е годы прошлого века пытались создать ториевые реакторы, но они так и не вышли из стен лабораторий. Сегодня интерес к жидкосолевым реакторам на ториевом топливе возвращается. Проекты начали рассматривать в Швейцарии и Норвегии.

 Источник изображения: Nature

Источник изображения: Nature

Принцип работы ториевого реактора строится на ядерной реакции изотопа тория-232 в процессе облучения вспомогательным радиоактивным топливом. Изотоп поглощает нейтроны и образует уран-233. Дальше происходит обычная для ядерных реакторов реакция расщепления урана с выделением тепла. Солевой раствор нагревается примерно до 450 °C и постепенно продвигается по тепловому контуру, отдавая тепло воде, которая превращается в пар и вращает турбину. Если испытания окажутся многообещающими, то уже к 2030 году будет построена опытная ториевая АЭС мощностью до 400 МВт.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Nacon раскрыла, когда выйдет GreedFall II: The Dying World — игра оказалась временным эксклюзивом Steam 27 мин.
Слухи: Embracer продаст Saber Interactive и Gearbox, а ремейк Star Wars: Knights of the Old Republic всё-таки жив 54 мин.
В полку российских СУБД прибыло: SoQoL вышла в релиз 2 ч.
Разработчики Baldur’s Gate 3 поставили Минтару на место и вывели на чистую воду «занятых» персонажей — подробности новой заплатки 2 ч.
Вышел веб-браузер Vivaldi 6.6 — расширения для веб-панелей, принудительный тёмный режим и проч. 3 ч.
Патч 2.12 для Cyberpunk 2077 принёс хорошие новости для владельцев гибридных процессоров Intel и Steam Deck 4 ч.
Meta обвинили в незаконном массовом сборе персональных данных европейских пользователей 4 ч.
«Продолжение, которое мы заслуживаем»: разработчик Indiana Jones and the Great Circle показал, как могла бы выглядеть новая Uncharted на Unreal Engine 5 5 ч.
«Солар» запустила сервис постоянного контроля защищённости внешнего IT-периметра Solar CPT 6 ч.
Alibaba представила нейросеть EMO — она оживляет портреты, заставляя их разговаривать и даже петь 7 ч.
США заподозрили китайские электромобили в шпионской деятельности — начато расследование 3 ч.
Honda «расширила реальность», соединив ради развлечений VR-очки с самоходным креслом на колёсиках 3 ч.
Китайцы отвернулись от iPhone 15 — Apple пытается вернуть их симпатии гигантскими скидками 3 ч.
Представлен смартфон-середнячок Realme 12+ 5G с Dimensity 7050, 50-Мп камерой и 67-Вт зарядкой 3 ч.
Интегрировать ЦОД с системами отопления Великобритании непросто, но в принципе возможно 4 ч.
Индия обзаведётся полупроводниковой промышленностью — на строительство заводов выделено $15 млрд 4 ч.
Meizu представила последний смартфон — 6,79-дюймовый флагман Meizu 21 Pro с ИИ-возможностями 4 ч.
Переговоры о продаже подразделения ЦОД и хостинга компании Atos провалились 5 ч.
Qualcomm представит процессор Snapdragon 8 Gen 4 с ядрами Oryon в октябре этого года 6 ч.
Исследователи придумали, как бороться с хакерами, имеющими физический доступ к системам 6 ч.