На днях французские и европейские СМИ сообщили, что на проекте термоядерного реактора ИТЭР часть сварных работ проводили сварщики с поддельными сертификатами. Выявлено и уволено 13 рабочих, чья квалификация не нашла официального подтверждения. В то же время у руководства ИТЭР к сделанной им работе нет замечаний, хотя в свете вскрывшегося подлога её всё равно придётся инспектировать заново.

Рубашка контура охлаждения рабочей камеры реактора, в трубах которой обнаружены трещины. Источник изображения: ITER

Проблема отсутствия специалистов с необходимой квалификацией — это проблема не только ИТЭР (ITER), но также всех работ, связанных с проведением сложных строительно-монтажных операций во Франции и, возможно, в ЕС. Например, на атомных электростанциях EDF во Франции участились случаи ремонта сварных швов, что говорит о наличии скрытых дефектов в изначально проделанных швах. Квалифицированных специалистов становится меньше и вакансии приходится замещать людьми с сомнительными документами и неподтверждённым опытом работы.

С другой стороны, многие рабочие операции по сборке термоядерного реактора и сопутствующего оборудования проводятся впервые, и сертификация может просто не успевать за этим процессом. Часть ответственных работ, кстати, проводится роботами-сварщиками, например, роботизированная установка сваривает сегменты рабочей камеры реактора, по которой будет циркулировать разогретая до 150 млн °C плазма. В этом есть плюс, но и минус тоже. Выяснилось, что все девять сегментов рабочей камеры выполнены с превышением допустимых пределов и робот не может её сварить.

Наконец, хотя все уличённые в подделке сертификатов сварщики были уволены, а с подрядчиком разорвали контракт, работники могут задним числом подтвердить свою квалификацию. Ранее в Гааге уже был прецедент, когда три сварщика получили сертификаты после того, как были уволены с работы, для которой они формально не были квалифицированны.

Заметим, у проекта ИТЭР есть более серьёзные проблемы, чем сварщики без сертификата. Это несоответствие секторов рабочей камеры требуемым размерам, что придётся устранять спилами в одних местах и наращиванием металла в других, а это сотни килограмм металла, а также выявленные трещины в контуре охлаждения (вот тут сварщики без диплома могли натворить дел), что может потребовать заменить экран и десятки километров труб охлаждения. Всё это на годы отодвинет получение первой плазмы на ИТЭР, которую все ждали в 2025 году.

Добавим, руководство ИТЭР ещё в марте само проинформировало надзорную организацию Nuclear Safety Authority (ASN) Франции о проблеме со сварщиками. ASN посоветовала больше так не делать.

Международная группа учёных сообщила о рекордном достижении для так называемых сферических токамаков (spherical tokamak, ST). На установке ST40 британской компании Tokamak Energy с рабочей камерой размером около 80 см в поперечнике был поставлен рекорд по разогреву ионов в плазме. Достигнута температура в 100 млн °C — это абсолютный максимум для сферических токамаков и критический порог для запуска реакции термоядерного синтеза.

Из истории создания установки ST40. Источник изображения: Tokamak Energy

Кроме сотрудников Tokamak Energy в работе приняли участие исследователи из Принстонской и Ок-Риджской национальных лабораторий в США и Института исследований энергетики и климата из Германии. О результатах расказано в журнале Nuclear Fusion.

Сферические токамаки выгодно отличаются от обычных токамаков-пончиков своей формой, которая делает их более компактными. Плазма в сферических токамаках удерживается ближе к сердцевине рабочей камеры. Это усложняет конфигурацию удерживающих плазму магнитов (электромагнитного поля), но зато снижает габариты термоядерных реакторов. Меньшие размеры положительно сказываются на стоимости установок и скорости их окупаемости.

В прошлом году компания Tokamak Energy сообщала о достижении температуры плазмы 100 млн °C, но без уточнения, какой именно. Дело в том, что при нагреве до таких величин электроны срываются со своих орбит вокруг атомов и плазма представляет собой потоки более горячих электронов (они банально легче и нагреваются до более высоких температур) и ионов, нагретых до меньших температур. Но до целевой температуры нам надо нагреть именно ионы, иначе они не начнут сближаться до начала сильного взаимодействия между ними, и реакции синтеза не произойдёт. В опубликованной работе учёные показали, что они добились этого именно для ионов рабочего вещества.

Визуализация установки ST80-HTS. Источник изображения: Tokamak Energy

На опытной установке поддержка температуры ионов на уровне 100 млн °C или 8,6 килоэлектронвольт (КэВ), если говорить о её энергетическом выражении, продолжалась всего 150 мс. Достигнуто это за счёт множественных оптимизаций в работе установки. Большего возможности сферического токамака ST40 просто не позволяют (что вы хотите от компактной установки?). Для достижения более высоких температур ионов в плазме и более длительного удержания её на максимальных отметках будет построена новая установка — ST80-HTS. Начало строительства ожидается в 2024 году, и это станет новой страницей в истории продвижения к безопасной, чистой и неисчерпаемой энергии.

Microsoft заключила соглашение с компанией Helion Energy, которая обязалась построить для софтверного гиганта первый в мире коммерческий термоядерный реактор. Управляемый термоядерный синтез долгое время считался Святым Граалем энергетики — потенциально безграничным экологически чистым источником энергии, который учёные пытались построить не одно десятилетие.

Trenta — один из прототипов реактора Helion. Источник изображения: helionenergy.com

Helion Energy считает, что сможет построить термоядерный реактор для Microsoft к 2028 году — он должен будет вырабатывать не менее 50 МВт электричества. Задача крайне сложная. Даже самые оптимистичные оценки учёных по поводу создания термоядерных электростанций варьируются от конца текущего десятилетия до нескольких десятилетий вперёд. Успех компании будет зависеть от возможности совершить технологический прорыв за невероятно короткий промежуток времени, а затем вывести технологию на рынок и сделать её конкурентоспособной по стоимости в сравнении с другими источниками энергии. Но Helion это не смущает, как и предусмотренные соглашением финансовые санкции в случае неудачи.

Термоядерный синтез фактически повторяет то, как в звёздах образуются свет и тепло. В случае с Солнцем это формирование атомов гелия из водорода и выделение больших объёмов энергии. С пятидесятых годов прошлого века учёные пытаются воспроизвести этот процесс контролируемым образом — масштабно получалось только неконтролируемым, например, в случае с водородной бомбой. Эта технология противоположна атомным электростанциям, на которых энергия высвобождается путём деления или расщепления атомов. Главным недостатком расщепления являются остающиеся после него нестабильные ядра — радиоактивные отходы. В случае с термоядерным синтезом они не образуются, поскольку при реакции, по сути, просто появляются новые атомы гелия.

Источник изображения: efes / pixabay.com

Сегодня управляемый термоядерный синтез пытаются воспроизвести, обстреливая вещество мощными лазерными лучами или удерживая магнитными полями плазму в машине, называемой токамаком. Helion решила пойти своим путём, построив 12-метровый плазменный ускоритель, в котором топливо будет разогреваться до 100 млн °C. Изотоп водорода дейтерий и гелий-3 будут нагреваться до плазменного состояния и сжиматься магнитными полями до тех пор, пока не запустится реакция синтеза. Компания утверждает, что при этом будет выделяться больше энергии, чем расходоваться — до недавнего времени учёным это не удавалось, и лишь в минувшем декабре прорыва удалось достичь исследователям Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL). Helion только предстоит достичь этого этапа.

Ещё одним потенциальным препятствием является необходимость получить достаточное количество гелия-3 в качестве топлива, хотя в компании утверждают, что у них есть запатентованная технология получения этого редкого изотопа из атомов дейтерия. Наконец, полученная в термоядерном реакторе электроэнергия должна быть доступной, сравнимой по цене с производимой на традиционных электростанциях. Helion не уточнила, какую цену согласовала в контракте с Microsoft, но в конечном итоге компания собирается выйти на $0,01 за 1 кВт·ч.

В апреле с опережением графика на полигоне в московском Троицке начата выемка грунта под будущий комплекс для ряда перспективных термоядерных проектов и не только. Завершение строительства ожидается в 2024 году. После этого последует установка оборудования. Изюминкой комплекса станет токамак с реакторными технологиями (ТРТ) который станет мощным источником нейтронов и прототипом масштабной энергетической установки нового поколения.

Источник изображения: ГНЦ РФ ТРИНИТИ

Расчистка территории под комплекс и строительство дорог и другой инфраструктуры стартовали в марте прошлого года. Непосредственно строительные работы и первая выемка грунта начались в апреле этого года. Технический старт строительству дало второе заседание координационного совета участников строительства инфраструктурных объектов, которые возводятся в рамках федерального проекта по термоядерным и плазменным технологиям комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий (КП РТТН). Собрание прошло в Троицке в начале прошлого месяца.

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

Будущий комплекс будет востребован для испытаний элементов термоядерных реакторов и плазменных ракетных двигателей. Помимо этого он также может быть задействован при производстве ряда изотопов для ядерной медицины, особенно короткоживущих.

К 2030 году в составе комплекса начнёт работать Токамак с реакторными технологиями (ТРТ). Это будет площадка для испытаний перспективных термоядерных технологий, включая выработку трития, проработку бланкетных технологий, методов дополнительного нагрева плазмы, разработку новых диагностик и, в целом, исследование поведения плазмы в близких к зажиганию квазистационарных режимах.