Теги → термоядерный синтез
Быстрый переход

США впервые выделили бюджетные деньги на частные термоядерные реакторы — это должно взбодрить инвесторов

На днях представитель Министерства энергетики США сообщил, что впервые в истории страны частным компаниям будет направлено бюджетное финансирование на развитие термоядерной энергетики. Тем самым власти дают понять инвесторам, что они верят в скорое появление коммерческого термояда и своим примером приглашают бизнес вкладывать деньги в это направление.

 На строительной площадке ИТЭР. Источник изображения: ИТЭР

На строительной площадке ИТЭР. Источник изображения: ИТЭР

Следует отметить, что с 50-х годов прошлого века власти США ежегодно выделяют на термоядерную энергетику порядка $700 млн. Но все эти деньги идут на фундаментальные исследования университетам и национальным лабораториям. С начал 2000-х годов это финансирование также включает расходы на международный проект термоядерного реактора ИТЭР.

Тем самым компании в США до этого момент привлекали деньги только частных инвесторов без участия государства в партнёрских программах. В 2020 году Конгресс проголосовал за частно-государтсвенное партнёрство в термоядерных проектах и теперь в бюджет следующего года впервые для этого заложена определённая сумма. Всего на эти цели разрешено потратить до $415 млн в будущих бюджетах. Выделенная сумма в $50 млн будет потрачена в течение следующих 18 месяцев.

«Эти деньги означают, что правительство США серьезно настроено на создание программы термоядерного синтеза, которая будет иметь коммерческое значение в ускоренные сроки», — сказал CNBC Эндрю Холланд (Andrew Holland), генеральный директор отраслевой группы Fusion Industry Association.

Недавний отчёт Ассоциации термоядерной промышленности (FIA) дал понять, что за последние 12 месяцев финансирование коммерческих программ, связанных с термоядерным синтезом, значительно увеличилось. Например, частная компания Commonwealth Fusion Systems с частичным финансированием со стороны империи Билла Гейтса привлекла $1,8 млрд. В активе Commonwealth сверхсильные магниты, которые могут помочь уменьшить размеры коммерческих термоядерных реакторов. Можно ожидать, что усиление денежных потоков частным разработчикам термоядерных реакторов ускорит появление коммерческих термоядерных электростанций, что даст человечеству неиссякаемый источник чистой энергии.

Китай построит первый в мире ядерный реактор с термоядерным зажиганием — его запустят в работу в 2028 году

Как утверждают китайские источники, на юго-западе Китая в провинции Сычуань в городе Чэнду будет построена первая в мире импульсная гибридная термоядерно-ядерная электростанция. Завершение строительства ожидается в 2025 году с запуском в работу в 2028 году. Таким образом, до опытно-коммерческого применения термоядерных реакций в Китае осталось порядка шести лет.

 Источник изображения: China Academy of Engineering Physics

Источник изображения: China Academy of Engineering Physics

Установка Z-FFR будет использовать термоядерную реакцию для получения облака быстрых нейтронов, главной задачей которых будет запуск обычной реакции деления ядерного топлива. Основная выгода от предложенного решения — возможность использовать в качестве топлива отходы уранового топлива от современных АЭС и тория. Запасов одного и другого накоплено не просто много, а очень много.

В основе «запала» дейтерий-тритиевой мишени установки лежит так называемый принцип «Z-машины» или Z-Pinch. Этот принцип, например, в США реализовали в Сандийских национальных лабораториях. Американская Z-машина способна вырабатывать импульс тока силой 20 млн А. Токовый канал подобной силы вырабатывает мощнейшее электромагнитное поле и, как следствие, создаёт внутри себя высочайшие давление и температуру. Физические условия внутри канала способны сжать топливную мишень до такого состояния, при котором запустятся реакции термоядерного синтеза.

Китайская установка Z-FFR будет способна создавать ток силой 50 млн А, что более чем в два раза больше сандийской Z-машины. Учёные уверены, что этого будет достаточно для термоядерного синтеза. Полученная в результате реакции энергия не будет сниматься как полезная, а будет направлена на запуск традиционной реакции деления в топливе, размещённом по стенкам камеры. Энергия в виде тепла будет сниматься с топлива в процессе запуска реакции расщепления и дальше идти на турбины, как в привычных ядерных реакторах.

Утверждается, что гибридная установка станет первым в мире практическим применением термоядерной реакции для получения энергии. В то же время следует понимать, что при реализации этого проекта придётся решать массу технологических задач, куда, например, входит создание сверхъёмких и сверхнадёжных суперконденсаторов, проводников, выдерживающих запредельные токи, и лазерных коммутаторов для мгновенного переключения каналов подачи энергии. И даже если заявленные цели не будут достигнуты в срок, проект станет колоссальным лабораторным стендом для множества инновационных испытаний.

Россия отправила во Францию первые гиротроны для термоядерного реактора ИТЭР

Во вторник с предприятия «ГИКОМ» в Нижнем Новгороде на площадку строящегося во Франции термоядерного реактора ИТЭР (ITER) отправлены первые гиротронные комплексы. В четверг будет отправлена ещё одна машина. В поставке четыре гиротрона с сопутствующим оборудованием. Всего Россия изготовит 8 гиротронов из 24 необходимых для работы реактора. Остальные гиротроны поставят Европа, Япония и Индия.

 Источник изображения: Проектный центр ИТЭР

Источник изображения: Проектный центр ИТЭР

Гиротроны нужны для вспомогательного разогрева плазмы в реакторе. Кроме того, гиротроны способны разогревать плазму локально, что позволяет подавлять её неустойчивость и даже задавать конфигурацию. Тем самым изначально вспомогательная роль гиротронов стала одной из ведущих для решения задачи управляемости термоядерными реакторами. Сам по себе гиротрон — это условно нечто среднее между микроволновкой и оптическим лазером. Устройство излучает микроволны длиной 1–2 мм в пучке, который ведёт себя как оптический луч.

Получить заказ на треть гиротронов для ИТЭР Россия смогла благодаря самому лучшему предложению в мире. КПД российских гиротронов достигает 55 %, тогда как зарубежные аналоги не дотягивают по этому параметру до 50 %. В этом российские производители конкурируют с японской Toshiba и европейской Thales. Кроме самих гиротронов необходимо сложнейшее оборудование для его работы, куда входит оборудование для водяного охлаждения, криокулеры, системы формирования СВЧ-пучка и другие высокотехнологичные решения.

В целом в августе этого года Россия осуществила 25-ю поставку оборудования на площадку ИТЭР. Российские предприятия изготавливают для ИТЭР электротехническое оборудование, сверхпроводящие магниты и элементы реакторной зоны.

Опытный реактор ИТЭР будет представлять собой демонстратор возможности вырабатывать энергию с коэффициентом 1:10. При поддержке горения плазмы энергией 50 МВт выделяемая от термоядерной реакции энергия должна составлять 500 МВт. Длительность реакции должна быть не менее 400 с. Преобразования тепловой энергии в электрическую на реакторе не будет. Для этого будет предложен отдельный проект электростанции DEMO. Различные трудности при реализации проекта сдвинули сроки запуска ИТЭР с 2018 на 2025 год, а пандемия COVID-19 отодвинула запуск ещё на какое-то время, о чём нам точно сообщат весной следующего года.

Корейский термоядерный реактор на 30 секунд зажёг плазму, которая в семь раз горячее ядра Солнца

На этой неделе корейское «искусственное солнце» попало в заголовки многих изданий. Термоядерный реактор KSTAR почти 30 секунд удерживал плазму при температуре около 100 млн °C, что в семь раз горячее, чем в ядре Солнца, где идут термоядерные реакции. И это само по себе обнадёживает. Миру нужна недорогая и бесконечная термоядерная энергия. Вот только событие это состоялось почти год назад (о чём мы сообщали), а вспомнили о нём благодаря свежей публикации в Nature.

 Источник изображения: National Research Council of Science & Technology

Источник изображения: National Research Council of Science & Technology

Впрочем, южнокорейские учёные рассказали в статье, как они добились успеха в удержании плазмы, поэтому нам тоже есть о чём поговорить не пересказывая старую новость, как поступило большинство других изданий.

Учёные KSTAR (Korea Institute of Fusion Energy) поставили задачу добиться стабильности плазмы на токамаке Tokamak Advanced Research. Этот термоядерный реактор, к слову, стал одним из первых в мире, когда в 2007 году реализовал на практике управление магнитным полем реактора с помощью двух групп сверхпроводящих магнитов — тороидальных и полоидальных (с продольными и поперечными силовыми линиями). Магнитное поле удерживает плазменный жгут от соприкосновения со стенками реактора и не даёт плазме остыть, а также повредить стенки реактора, вследствие чего происходит загрязнение плазмы и потеря её качества.

Магнитные поля могут быть двух типов. Форма поля с эффектом краевого транспортного барьера (КТБ) ведёт к сильному снижению давления у стенки реактора, что не даёт плазме касаться стенок. Поле второго типа создаёт внутренний транспортный барьер (ВТБ), вследствие чего давление по центру образования плазмы резко возрастает и возникает плазменное «ядро». Но в любом случаев возникают краевые нестабильности плазмы, что ведёт к снижению управляемости и, в конечном итоге, к контактам со стенками реактора, охлаждением и остановке реакции.

В поставленном эксперименте южнокорейские учёные модифицировали подход ВТБ, несколько уменьшив плотность плазмы в реакторе, так что в центре плазменного жгута температура выросла, а на периферии уменьшилась. Судя по наблюдениям, краевая нестабильность плазмы стала ощутимо меньше. Это привело к тому, что плазма в реакторе оставалась стабильной и легко управляемой в течение целых 20 с, а всего реактор в цикле смог работать 30 с, что стало для него новым рекордом.

Температура плазмы при этом была на уровне 100 млн °C и это была ионная плазма, в отличие от температурных рекордов китайских термоядерных реакторов, в которых говорят только о температуре электронной плазмы (а в термоядерных реакторах она должна быть в два раза больше ионной).

«Благодаря обилию быстрых ионов, стабилизирующих турбулентность плазмы в ядре, мы генерируем плазму при температуре 100 млн K продолжительностью до 20 с без краевых неустойчивостей плазмы или накопления примесей. Низкая плотность плазмы в сочетании с умеренной входной мощностью для работы является ключом к установлению этого режима путем сохранения высокой доли быстрых ионов. Этот режим редко нарушается и может надежно поддерживаться даже без сложного управления и, таким образом, представляет собой перспективный путь к коммерческим термоядерным реакторам», — говорится в статье Nature о данном эксперименте.

Корейцы нащупали путь, по которому смогут продвигаться дальше. Глобальной целью проекта называется удержание ионной плазмы при температуре 100 млн °C в течение 300 с, чего они намерены добиться в 2025 или 2026 году.

Россия доставила во Францию электротехническое оборудование для термоядерного реактора ИТЭР

Сообщается, что на строительную площадку Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) на юге Франции в 14 трейлерах доставлена 25-я партия электротехнического оборудования из России. Поставленное оборудование считается сложнейшим среди всего материального вклада российских учёных в проект ИТЭР. Без него буквально «невозможно будет получить первую плазму в реакторе».

 Источник изображения: «Росатом»

Источник изображения: «Росатом»

Доставленное оборудование стало второй в этом году партией российских изделий для ИТЭР. Первая партия была отправлена во Францию в мае в 8 трейлерах. Поставленное оборудование произведено в Санкт-Петербурге с участием АО «НИИЭФА» (входит в Госкорпорацию «Росатом»). Это «коммутационное оборудование, шины и энергопоглощающие резисторы для электроснабжения и защиты сверхпроводящей магнитной системы реактора ИТЭР».

Монтаж системы энергоснабжения термоядерного реактора ведётся в непрерывном режиме, что также требует регулярных поставок компонентов для проведения работ, с чем российские производители успешно справляются. В то же время напомним, что пандемия COVID-19 оказала влияние на работу ряда подрядчиков по проекту и сроки получения первой плазмы, скорее всего, будут перенесены с 2025 года на более позднюю дату. Детальное решение об этом будет принято в будущем году.

Первоначально первая плазма должна была быть получена в 2018 году. Затягивания сроков строительства заставило Совет ИТЭР перенести это событие на 2025 год. Новую дату будет утверждать новый директор ИТЭР, выборы которого состоятся в сентябре.

Термоядерный реактор ИТЭР не предназначен для вырабатывания электричества. Запуск реактора должен доказать возможность поддержания термоядерной реакции с коэффициентом мощности 1:10 на поддержание плазмы: при 50 МВт на нагрев плазмы реактор должен будет отдавать 500 МВт в течение как минимум 400 секунд непрерывно. По всей видимости, в процессе эксплуатации может потребоваться дополнительно 300 МВт электроэнергии.

Строительство ИТЭР на юге Франции началось в 2010 году. Проект включает сотрудничество 35 стран, 6 из которых вносят равные доли в половину стоимости проекта, а вторую половину вносит ЕС.

Американские учёные разработали компактные сверхпроводящие магниты для небольших термоядерных реакторов

Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США нашли новый способ производства мощных магнитов небольшого размера для термоядерных реакторов. Технология отличается простотой и надёжностью, что обещает приблизить появление коммерческих термоядерных реакторов и открыть человечеству доступ к бесконечной и чистой энергии.

 Источник изображения: PPPL

Источник изображения: PPPL

Сегодня для исследовательских термоядерных реакторов всех типов и также для реактора ИТЭР создаются магниты на основе низкотемпературной сверхпроводимости (реже — обычные на меди). К сожалению, низкотемпературная сверхпроводимость сильно ограничивает максимально возможную величину магнитного поля, что заставляет делать сверхпроводящие магниты очень большими, а это ведёт к увеличению размеров термоядерных реакторов со всеми негативными последствиями для экономики процессов.

Выходом может стать высокотемпературная сверхпроводимость, что позволит кратно поднять напряжённость магнитных полей и уменьшить размеры самих магнитов. Чем меньше магниты, тем компактнее активная рабочая зона термоядерного реактора. Такие реакторы удобно обслуживать и экономно эксплуатировать. Именно в этом направлении работала группа учёных из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) вместе с коллегами из Advanced Conductor Technologies, Университета Колорадо в Боулдере и Национальной лаборатории высоких магнитных полей в Таллахасси, штат Флорида.

Исследователи разработали технологию производства компактных сверхпроводящих магнитов с двумя серьёзными усовершенствованиями. Во-первых, они подобрали материалы для создания высокотемпературной проводимости. Во-вторых, разработана технология создания катушек заданной формы без использования изоляционных материалов. Сверхпроводимый провод без изоляции просто укладывается в проделанные для него бороздки в основе катушки и это многократно облегчает процесс изготовления магнитов.

«Стоимость намотки катушек намного ниже, потому что нам не нужно проходить через дорогостоящий и чреватый ошибками процесс вакуумной пропитки эпоксидной смолой, — сказал ведущий исследователь. — Вместо этого вы непосредственно наматываете проводник на форму из катушки».

Особенно важной данная разработка представляется для разработки так называемых сферических токамаков, которые внешне похожи на яблоко, а не на бублик классического токамака. Для сферических токамаков размер имеет первостепенное значение. Такие реакторы могут быть довольно компактными, но магнитные поля у них очень и очень сложной формы, что предъявляет жёсткие требования к магнитам. Компактные магниты могут решить такие проблемы и, хочется надеяться, рано или поздно это произойдёт.

Инвестиции в коммерческий термоядерный синтез выросли почти в 2,5 раза за год — реакторы могут появиться через 10–15 лет

Свежий отчёт Ассоциации термоядерной промышленности (FIA) даёт понять, что за последние 12 месяцев финансирование коммерческих программ, связанных с термоядерным синтезом, значительно ускорилось. Увеличение притока средств в сферу разработки коммерческих термоядерных реакторов прямо сигнализирует о росте доверия инвесторов, что даёт надежду на появление зрелого решения в течение следующих 20 лет.

 Источник изображения: Kyoto Fusioneering

Источник изображения: Kyoto Fusioneering

Согласно опросу FIA среди участников отрасли, за последний год к моменту публикации отчёта финансирование частных термоядерных проектов выросло на 139 % или до $2,83 млрд. «Учитывая ускорение инвестиций, становится всё более вероятным, что коммерческий термоядерный синтез станет реальностью в течение следующих двух десятилетий», — сказал на это Эндрю Холланд (Andrew Holland), генеральный директор Ассоциации термоядерной промышленности.

Опубликованный отчёт стал вторым в истории Ассоциации. Первый отчёт о состоянии зарождающейся отрасли был представлен в октябре 2021 года. В новом отчёте использованы данные и ответы 33 частных компаний, включая всех лидеров нового направления. Год назад в отчёте использовались данные 23 компаний.

Шесть из опрошенных компаний в общей сложности привлекли свыше $200 млн, причём за последний год были сделаны и куда более значительные инвестиции, включая более $1,8 млрд в компанию Commonwealth Fusion Systems и $500 млн в компанию Helion Energy. Также за последний год на рынок вышли 8 новых «термоядерных» компаний, что лишний раз подчёркивает доверие инвесторов к этому направлению и повышает уверенность в том, что коммерческая термоядерная энергетика близка к утверждению в реальности.

Из числа опрошенных компаний сектора 93 % уверены в начале коммерческой выработки электричества термоядерными реакторами в 2030-х годах. Год назад уверенность в этом разделяло меньшее число опрошенных — 83 %. При этом 84 % респондентов считают, что термоядерная установка продемонстрирует достаточно низкую стоимость и высокую эффективность, чтобы считаться коммерчески жизнеспособной в те же сроки.

Также опрос показал, что стационарное производство электроэнергии остаётся основным рынком для 85 % участников сферы термоядерного синтеза. За этой целью следует автономная термоядерная энергетика и производство экологически чистого топлива, включая водород (в этом заинтересованы 27 % респондентов). Тем самым новая отрасль показывает заинтересованность в процессе декарбонизации мировой экономики, что можно только приветствовать.

Запуск термоядерного реактора ИТЭР снова отложат — пандемия сорвала сроки строительства

Руководство международного проекта ИТЭР долго держалось после начала пандемии COVID-19. Закрытие заводов подрядчиков срывало все сроки выполнения работ, но решение по новому графику пока не принималось. Его будет принимать новый директор проекта, выборы которого ожидаются в сентябре. Пока ясно одно — первая плазма в реакторе будет получена позже, чем планировалось.

 Источник изображения: ИТЭР

Источник изображения: ИТЭР

Как гласит опубликованное ИТЭР сообщение: «Несколько заводов, производящих компоненты ИТЭР, закрылись — некоторые на месяцы — и когда они возобновили работу, в некоторых случаях это были не те работники или специалисты». Как считают в ИТЭР, «мы в целом придерживались графика, чтобы получить первую плазму в 2025 году, и задержки можно было компенсировать». Однако COVID-19 ясно показал, что все графики работ оказались просрочены.

Более того, в мае умер генеральный директор ИТЭР — Бернара Биго (Bernard Bigot), видный специалист и энтузиаст своего дела, на котором держалось многое в ИТЭР. Найти адекватную замену будет непросто, но в сентябре проект получит нового руководителя. В ИТЭР хотят, чтобы новый график работ был однозначно связан с новым главой, поэтому ему дадут войти в курс дела и освоиться на новом месте. Тем самым новый график работ едва ли будет представлен раньше апреля следующего года, когда состоится очередной совет проекта.

Согласно предыдущим планам, первая плазма на реакторе ИТЭР должна была быть получена в 2025 году (до этого в планах был 2018 год). Термоядерный реактор ИТЭР не будет вырабатывать электрическую энергию. В его задачи входит доказать осуществимость концепции — способность масштабного реактора поддерживать реакцию синтеза мощностью 500 МВт не менее 400 секунд непрерывно при потреблении 50 МВт на нагрев плазмы (дополнительно может потребоваться до 300 МВт энергии на сопутствующие расходы).

Половину средств на проект даёт ЕС. Остальное предоставляют шесть стран-участниц: Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Россия и США. Также все участники осуществляют материальный вклад в виде изготовления компонентов реактора. Контролирует процесс французское Агентство по ядерной безопасности (ASN). В мае этого года на проекте приступили к монтажу активной зоны в шахте реактора (см. фото ниже), в которой будет удерживаться плазма. Работы не останавливаются, но от прежнего графика отстают всё сильнее и сильнее.

 Источник изображения: ИТЭР

Источник изображения: ИТЭР

Также следует учесть, о чём ИТЭР пока не говорит, мир начал сотрясать сильнейший за последние десятилетия геополитический кризис и связанные с ним явления, включая энергетический кризис в Европе. Эти события, как и пандемия, явно не приблизят запуск термоядерного реактора. С другой стороны, любой кризис — это приглашение к смелым действиям. Хочется надеяться, что падение не будет глубоким, а взлёт не заставит себя ждать.

Российские учёные установили рекорд разогрева плазмы в сферическом токамаке «Глобус-М2»

Как сообщает портал N+1, на российском сферическом токамаке «Глобус-М2» в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН был поставлен рекорд разогрева плазмы для отечественных установок такого рода. Российская установка по своим параметрам многократно уступает реактору ИТЭР, но она вносит существенный вклад в разработку будущих термоядерных реакторов, значительно превышающих возможности ИТЭР.

 Источник изображения: ФТИ имени Иоффе РАН

Источник изображения: ФТИ имени Иоффе РАН

Сферические токамаки, у которых рабочая камера больше похожа на шар, чем камеры в форме бубликов у классических токамаков, обещают оказаться компактнее последних и, как следствие, должны быть более удобны в эксплуатации и обслуживании. Но на пути к электростанциям на сферических токамаках остаётся масса нерешённых проблем, хотя в Великобритании, например, уже говорят о будущих термоядерных электростанциях на основе именно сферических решений.

Концепция сферических токамаков предложена более 20 лет назад. Установка «Глобус-М2» запущена в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе РАН в 1999 году. В 2018 году она подверглась модернизации, что, в том числе, позволило сегодня выйти на рекордные показатели — близкие к максимально возможным для «Глобус-М2». Так, в ходе экспериментов в установке дейтериевая плазма была доведена до 4 кэВ (килоэлектронвольт). Температура ионов дейтерия достигла нагрева 46 млн °C. В ИТЭР температура ионов должна быть в два раза больше, но и его рабочая камера по объёму в 1000 раз больше камеры установки «Глобус-М2».

Российские физики отмечают, что плазма держалась зажжённой 10-12 мс при напряжённости тороидального поля 0,9 Тесла. Для рабочей камеры объёмом 1,1 м3 — это рекордно долго, что позволяет уточнить модели поведения плазмы в реакторе и учесть полученную информацию при проектировании установки нового поколения. «Глобус-М2» достиг предела своих возможностей и перед учёными стоит задача создать новую установку для расширения знаний о поведении плазмы в сферических токамаках.

Китайцы придумали, как получать электричество от термоядерного реактора и не сжечь энергосистему страны

В идеальном случае на смену ядерной энергетике должна прийти энергетика термоядерная, когда в процессе слияния более лёгких ядер получаются более тяжёлые ядра с попутным выделением колоссальной энергии. Учёные идут к этому свыше 70 лет. Узких мест много, и одно из них — это импульсная работа термоядерного реактора, что грозит критическими перепадами нагрузки на энергетические сети. Китайские учёные предлагают вариант решения этой проблемы.

 Проект площадки China Fusion Engineering Test Reactor. Источник изображения: SCMP

Проект площадки China Fusion Engineering Test Reactor. Источник изображения: SCMP

Осенью прошлого года в Китае была завершена разработка термоядерного реактора China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR). Проект начали разрабатывать в 2017 году, имея в основе разработку термоядерного реактора ИТЭР. Но если ИТЭР будет выдавать мощность не более 500 МВт и не будет вырабатывать электричество, то китайский реактор CFETR обещает номинальную мощность до 1 ГВт с пиковой мощностью до 2 ГВт. При этом CFETR будет вырабатывать электричество и подавать его в распределительные сети, что станет реализацией первой в мире термоядерной электростанции.

Запуск CFETR планируется осуществить в районе 2035 года. К этому времени на основе ИТЭР в Европе только-только начнут реализацию проекта первой демонстрационной термоядерной электростанции EU DEMO, которая сейчас находится на очень ранних стадиях проектирования. Следует сказать, что китайский реактор CFETR тоже не рассматривается как коммерческий. Это тоже будет демонстратор возможностей, что не позволит говорить о его коммерческой эксплуатации. Первый коммерческий термоядерный реактор в Китае планируют запустить к 2050 году или около того.

Несмотря на фактическое завершение разработки проекта токамака CFETR, вопрос выработки электричества установкой остаётся открытым. Проблема в том, что реактор необходимо будет останавливать каждые два часа на 20 минут для охлаждения и очистки вакуумной камеры от посторонних частиц, иначе стабильной плазмы в камере не будет. Когда-нибудь термоядерный реактор будет работать днями, месяцами и даже годами, но в обозримом будущем учёные на это не рассчитывают.

Прерывистая работа термоядерного реактора требует буферной системы, чтобы колоссальные и, главное, быстрые всплески энергии не сожгли энергетическую инфраструктуру страны. Как вариант китайские учёные предложили следующую схему. Переносить тепло от реакции синтеза — от реактора — будет газообразный гелий. Гелий будет нагревать до температуры 600 °C теплоноситель — расплав солей. Соль будет подаваться в теплообменник для доведения воды до кипения и отправки пара на обычные турбины для выработки электроэнергии.

Представленный процесс довольно сложный и будет вести к излишним потерям тепла. Однако в таком случае процесс получения энергии будет гладким без резких перепадов в выработке за счёт огромной аккумуляции тепла. Такие турбины без проблем можно будет подключать к действующим энергосетям.

Россия выполнила первую в 2022 году отправку оборудования для термоядерного реактора ИТЭР

Россия как одна из равноправных участниц в международном проекте термоядерного реактора ИТЭР продолжает изготавливать необходимое для реализации проекта оборудование. На днях завершена отправка очередной партии российского электротехнического оборудования для термоядерного реактора — все восемь трейлеров благополучно пересекли российскую границу.

 Источник изображения: Проектный центр ИТЭР

Источник изображения: Проектный центр ИТЭР

Ценный груз отправлен с территории АО «НИИЭФА» в городе Санкт-Петербург (входит в Госкорпорацию «Росатом»). Подобных отправок будет ещё несколько в этом году, включая доставку во Францию огромной катушки полоидального поля, изготовленной на Средне-Невском судостроительном заводе (СНСЗ).

В осуществлённую сейчас поставку — 24-ю по счёту — вошли шинопроводы, которые подводят питание к сверхпроводниковым катушкам магнитной системы ИТЭР, коммутационные аппараты и компоненты системы мониторинга состояния шинопроводов.

«Поставка и ввод в эксплуатацию систем электропитания жизненно необходимы для получения первой плазмы на строящемся во Франции реакторе. В связи с этим, оборудование должно поставляться регулярно для обеспечения монтажных работ в непрерывном режиме и в соответствии с графиком, задержка с его поставкой способна вызвать срыв сроков ввода реактора в эксплуатацию», — отметил заместитель директора российского Агентства ИТЭР Леонид Химченко.

Изготовление и поставка всей системы «Коммутационная аппаратура, шинопроводы и энергопоглощающие резисторы для электропитания и защиты сверхпроводящей магнитной системы реактора ИТЭР» — самой дорогостоящей и одной из самых сложных в проекте — входит в сферу ответственности России. Договор на изготовление комплекса заключён в 2011 году между Частным учреждением Госкорпорации Росатом «Проектный центр ИТЭР» — российским Агентством ИТЭР — и Международной организацией ИТЭР.

Первая плазма в реакторе должна быть получена ориентировочно в 2025 году. Реактор ИТЭР не предназначен для выработки электричества, для этого будет создан новый объект. В задачи ИТЭР входит доказать возможность вырабатывать в 10 раз больше энергии (500 МВт) по сравнению с затраченной на образование плазмы (50 МВт).

На площадке термоядерного реактора ИТЭР приступили к монтажу активной зоны реактора

На прошедшей неделе в деле постройки термоядерного реактора ИТЭР пройден важный этап. В шахту реактора спущена первая из девяти секций вакуумной камеры — активной зоны реактора, в которой будет удерживаться разогретая до 150 млн °C плазма. Все секции надо аккуратно опустить в шахту и сварить в единую конструкцию.

 Источник изображения: ITER Organisation

Источник изображения: ITER Organisation

Для переноса секций в шахту реактора создан уникальный, не имеющий аналогов кран. Его разрабатывали инженеры из Южной Кореи, где также изготовили четыре из девяти секций вакуумной камеры. Пять остальных секций изготовлены в Европе. Высота каждой секции достигает 14 м, а вес — 440 т. Чтобы удержать секцию в требуемом положении и ничего не повредить на ней, а каждая секция изнутри и снаружи покрыта тепловыми щитами, несёт по паре D-образных сверхпроводящих магнитов тороидального поля и другие элементы конструкции общим весом 1200 т, создана специальная оснастка, которая сама весит 860 т и имеет высоту 22 м.

В настоящий момент первая секция (шестая по счёту в схеме реактора) висит над опорой в шахте реактора на высоте полуметра. Инженеры проводят последние проверки перед тем, как опустить её на своё постоянное место.

Вакуумная камера реактора ИТЭР имеет внутренний объём 1400 м3, в котором плазма будет занимать 840 м3. Это в десять раз больше, чем в каком-либо другом токамаке, созданном на Земле до сих пор. Вес вакуумной камеры без обвязки будет достигать 5200 т, а с обвязкой, часть которой изготавливают в России, вес камеры достигнет 8500 т.

ИТЭР не будет включен в энергосистему, поскольку пока что стоит задача доказать, что термоядерный реактор может выдавать в 10 раз больше энергии, чем будет затрачено на нагрев плазмы. В идеальном случае реактор должен будет вырабатывать 500 МВт при затратах на разогрев плазмы 50 МВт (дополнительно 300 МВт может потребоваться для работы сопутствующих систем реактора). Первый запуск плазмы запланирован на 2025 год, а эксперименты по синтезу дейтерия и трития начнутся в 2035 году.

Молодой японский разработчик термоядерных реакторов получил $1 млн на развитие технологий

Последовательное продвижение американских физиков по пути создания термоядерных реакторов на базе мощнейших лазеров вдохновляет разработчиков из других стран. В частности, в Японии стартап EX-Fusion по разработке термоядерных реакторов с зажиганием топлива лазером получил первое финансирование в объёме 130 млн иен ($1 млн). Ожидается, что это ускорит разработку критически важных компонентов, необходимых для коммерциализации термоядерного синтеза.

 Источник изображения: Kyoto Fusioneering

Источник изображения: Kyoto Fusioneering

«Мы считаем, что ядерный синтез — это решение для удовлетворения наших глобальных энергетических потребностей и помощи миру в достижении углеродной нейтральности к 2050 году, — сказал один из учредителей компании. — И сосредоточив наши исследования и разработки на фундаментальных технологиях, связанных с коммерческой эксплуатацией ядерного синтеза на основе лазера, мы сможем быстрее получить безопасную и доступную чистую энергию».

Лазерный синтез — это метод получения энергии путем использования мощного лазера для сжатия смеси дейтерия и трития до высокой плотности и нагрева её до высокой температуры, что вызывает реакцию термоядерного синтеза. Исследования ведутся в основном в США, Японии, Франции, Великобритании, Китае и России.

Так, в США в августе 2021 года в ходе эксперимента на Национальной установке зажигания (NIF) Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса был достигнут термоядерный выход в 1,35 мегаджоуля, что составляет более 70 % от входной энергии лазера. Фактически был достигнут порог, за которым находятся двери в мир бесконечной и чистой энергии.

Компания EX-Fusion закрыла предварительный начальный раунд финансирования в размере 130 млн японских иен в конце марта. Предварительный раунд возглавила токийская фирма венчурного капитала ANRI вместе с университетской финансовой компанией Osaka University Venture Capital (OUVC). Полученные средства будут использованы для разработки технологий, обеспечивающих непрерывное впрыскивание мишени (топлива), а также автоматического отслеживания и выравнивания лазерных систем для создания коммерческого термоядерного реактора.

Система ввода топлива в рабочую зону реактора будет разрабатываться совместно с Институтом лазерной инженерии (ILE) Университета Осаки и обеспечит работу конвейера с частотой не ниже 10 Гц, а систему наведения лазеров EX-Fusion разработает вместе с Высшей школой по созданию новой фотонной промышленности (GPI), что обеспечит наилучшие условия для зажигания топлива.

Япония отстаёт от ведущих мировых держав в деле разработки термоядерных установок. Такие молодые компании как EX-Fusion помогут стране наверстать упущенное. Причём даже консерваторы в лице нефтяных компаний Японии готовы инвестировать в термоядерную энергетику, но это уже другая история.

Началась подготовка к строительству экспериментального российского токамака в Троицке

Согласно утверждённым планам правительства Российской Федерации, плазменным технологиям и технологиям с использованием термоядерного синтеза будет уделяться повышенное внимание. Одним из главных проектов на этом направлении станет новая экспериментальная установка — токамак с реакторными технологиями, которую собираются построить в Троицке к 2030 году.

 Модель прототипа модифицированного токамака с сильным полем. Источник изображения: Наука и инновации

Модель прототипа модифицированного токамака с сильным полем. Источник изображения: Наука и инновации

Как сообщило руководство ключевого исполнителя проекта — АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», которое входит в научный дивизион Госкорпорации «Росатом» АО «Наука и инновации» — проект будет реализоваться в два этапа. На первом этапе произойдёт реконструкция энергетической инфраструктуры, а на втором — инженерной инфраструктуры с собственно созданием токамака. Впрочем, работы по обоим этапам будут вестись и уже начались параллельно, поскольку место будущего строительства необходимо заранее подготовить к проведению работ.

«В конце 2021 года мы получили положительное заключение государственной экспертизы на проектную документацию первого этапа реконструкции термоядерного комплекса “Токамак с сильным полем”. Также в конце года была разработана рабочая документация. В марте начались работы по расчистке территории для будущей строительной площадки. Сейчас прокладываем временные дороги и обустраиваем инженерные сети», — рассказал научный руководитель по управляемому термоядерному синтезу и плазменным технологиям ГНЦ РФ ТРИНИТИ Александр Романников.

Токамак с реакторными технологиями (ТРТ) разрабатывается как полномасштабный прототип будущего термоядерного реактора/источника нейтронов. Установка нацелена на исследование поведения плазмы в близких к зажиганию квазистационарных режимах, изучение и отработку методов дополнительного нагрева плазмы, топливообеспечение, бланкетные технологии, разработку новых диагностик, а также освоения тритиевой технологии. Первый этап реконструкции термоядерного комплекса, как ожидается, будет завершён к 2024 году, после чего начнутся работы непосредственно по строительству токамака.

В России завершено изготовление первой сверхпроводящей катушки полоидального поля для термоядерного реактора ИТЭР

Сообщается, что в России на днях серию приемочных испытаний прошла первая катушка полоидального поля для термоядерного реактора ИТЭР (PF1). Отгрузка катушки на строительную площадку ИТЭР во Францию намечена на середину текущего года. Катушка PF1 станет завершающей в системе из шести катушек полоидального поля. Первую катушку PF6 изготовили в Китае и уже установили в шахту реактора, а четыре других пока на стадии изготовления.

 Источник изображения: «Росатом»

Источник изображения: «Росатом»

Катушка PF1 изготовлена на Средне-Невском судостроительном заводе (СНСЗ). Это сложная конструкция весом 200 тонн и диаметром около 10 метров. В основе катушки восемь сверхпроводниковых двухслойных двухзаходных галет. Намотка проводилась ниобий-титановым проводником, обладающим сверхпроводящими свойствами при сверхнизких температурах (около 5 K). После намотки катушка была пропитана специальным раствором и собрана в одно изделие.

Приёмочные испытания катушки PF1 включали высоковольтные испытания на постоянном токе с напряжением 30 кВ, высоковольтные испытания на переменном токе с напряжением 10 кВ, прохождение Пашен-теста с напряжением 15 кВ в вакуумной камере в диапазоне давлений от 1 до 100 000 Па, как и испытания на герметичность в вакуумной камере. По результатам испытаний катушка оказалась в полном соответствии с требованиями ИТЭР к этому изделию.

Четыре оставшиеся катушки полоидального поля изготавливаются на площадке ИТЭР. Они намного больше, чем первая и шестая катушки и достигают в диаметре 24 метров при весе до 400 тонн. Для их производства и намотки на площадке ИТЭР был построен специальный цех. Катушки полоидального поля находятся внутри криостата поверх катушек тороидального поля. Их назначение заключается в том, чтобы создать поле, отдаляющее плазменный шнур от стенок камеры и сжать его (адиабатический нагрев).

Это не единственный материальный вклад России в проект термоядерного реактора ИТЭР. Поэтому, несмотря на водопад санкций против России, страна продолжает участвовать в создании реактора.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Epic Games Store на следующей неделе раздаст два экшен-платформера, вдохновлённых хеви-металом 7 мин.
Большие данные придут в российскую энергетику — это поможет с учетом и прогнозированием 21 мин.
Sony подтвердила дату выхода, особенности и системные требования ПК-версии платформера Sackboy: A Big Adventure 37 мин.
Ремейк Dead Space получил три высококачественных скриншота и новые подробности 2 ч.
Гротескный хоррор от первого лица Scorn поступит в продажу на неделю раньше запланированного 2 ч.
В Google Maps появятся иммерсивный просмотр, поиск по камере, новости квартала и построение экологических маршрутов 2 ч.
Среднестатистическому хакеру для поиска уязвимостей требуется менее 10 часов времени 4 ч.
Авторы подводной градостроительной стратегии Aquatico показали новый трейлер и объявили о скором выходе демо 7 ч.
Из-за неуплаты штрафа приостановлено банкротство российского представительства Google 7 ч.
Евросоюз запретит россиянам все операции с криптовалютами в регионе — даже хранение активов 8 ч.