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

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 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

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.

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»

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.

Индийские инженеры завершили изготовление последнего элемента термоядерного реактора ИТЭР. Это верхняя крышка криостата, которая как крышка термоса целиком накроет термоядерный реактор. После её установки сборку реактора в шахте можно будет считать законченной, но до этого момента пройдёт не менее двух лет. Пока что крышка весом 665 тонн будет упакована и отправлена на хранение.

Источник изображения: ИТЭР

Криостат как большой термос полностью укроет реактор, чтобы поддерживать низкую температуру и соответственно сверхпроводимость в электромагнитах, которые, в свою очередь, будут удерживать своими полями плазму от контакта со стенками рабочей камеры реактора. Диаметр и ширина криостата каждые по 30 метров. Его вес в сборе 3850 тонн. Для удобства сборки немаленькой конструкции криостат собирают из четырёх составных частей: днища, нижнего цилиндра, верхнего цилиндра и крышки. Днище и нижний цилиндр уже уложены в шахту реактора, а верхний цилиндр отправлен на хранение, куда через некоторое время также отправят верхнюю крышку.

После окончательной проверки верхней крышки криостата довольно сложного профиля его начнут упаковывать в материал для антикоррозийной защиты. На склад крышку отправят к октябрю этого года, освободив место под сборку других элементов конструкции термоядерного реактора.

Производством криостата занималась индийская компания Larsen & Toubro Ltd, а сваркой его элементов — MAN Energy Solutions. В процессе сварки вся конструкция каждые два дня тщательно измерялась, чтобы оценить возможные отклонения в геометрии криостата от температурного воздействия. Подробнее о криостате и его назначении на русском языке можно прочесть по этой ссылке на сайте ИТЭР.

Впервые возможность совместного строительства масштабного термоядерного реактора обсуждалась на высшем уровне между президентом США Рональдом Рейганом и главой СССР Михаилом Горбачёвым в 1985 году. Проект родился в годы Холодной войны как пример сотрудничества стран с полярным взглядом на всё или почти всё. Текущий кризис в международных отношениях и водопад санкций против России будут не первым недружественным актом, но ИТЭР не должен пострадать.

В рабочей камере термоядерного реактора

Интернет-ресурс NEWS.ru смог получить комментарий от директора российского частного учреждения государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» проектного центра ИТЭР Анатолия Красильникова. Источник интересовался вероятными санкциями Европейской комиссии в отношении научного сотрудничества с Российской Федерацией, ведь комплекс ИТЭР возводится на территории ЕС на юге Франции. Подавляющее большинство европейских, американских и других научных учреждений, например, руководство ЦЕРН, объявили о заморозке сотрудничества с российскими учёными и правительством РФ. Что же ждёт ИТЭР?

По мнению Красильникова, санкции ЕС никак не отразятся на проекте ИТЭР. В этом проекте ЕС один из партнёров. Более того, проект инициирован Российской Федерацией и в него были приглашены все остальные страны: Китай, США, Япония, Индия, Корея, Швейцария, Великобритания и страны ЕС.

Соглашение о строительстве комплекса и реактора не содержит процедуры отстранения кого-либо из партнеров. Оно ратифицировано семью парламентами и носит статус закона в каждой стране, принявшей участие в подписании соглашения. Решения принимаются консенсусом на совете и исключить кого-то голосованием нельзя, если только он сам не захочет уйти.

Российские физики разработали и изготавливают ряд критически важных узлов непосредственно для реактора. Вычеркнуть это долевое участие России материальными средствами означает на годы задержать проект, который и так движется со срывами всех ранее утверждённых планов.

Если ничего нехорошего не случится, первая плазма на ИТЭР должна быть получена к 2025 году, а выход на полную мощность ожидается к 2030 году. Только после этого встанет вопрос проектирования первого демонстратора электростанции на термоядерном реакторе синтеза. В рамках проекта ИТЭР требуется получить выход энергии с коэффициентом 10 при затраченной на запуск одной 1 энергии. Пока рекорд установил европейский опытный реактор Joint European Torus с Q=0,33.

В скором времени инженеры на площадке термоядерного реактора ИТЭР начнут постепенно собирать все элементы установки в одно целое. Этот процесс займёт около четырёх лет. Что-то из узлов и компонентов можно протестировать заранее, а что-то нельзя проверить до запуска реактора на полную мощность. К последним узлам, например, относятся соединения сверхпроводящих цепей электромагнитов. Однако выход из этой ситуации был найден.

Сборка первого фидерного соединения для питания катушек электромагнитов тороидального поля. Источник изображения: ITER

Обмотки отдельных сверхпроводящих магнитов соединяются между собой с помощью такого вспомогательного устройства, как магнитный фидер. Всего потребуется создать около 300 таких соединений. В процессе работы реактора через каждое из таких соединений будет течь ток силой до 75 кА при температуре 4 К или -269 °C. В процессе монтажных работ испытать каждый такой узел после сборки невозможно. Остаётся надеяться на высочайшую квалификацию монтажников и превосходное конструктивное решение.

Конструктивное решение магнитного фидера разработано с участием китайских и российских учёных. В основе лежит идея специалистов Института физики плазмы Китайской академии наук (ASIPP) с привлечением для окончательного оформления учёных из российского МИФИ. Испытание образцов показало, что на стыке соединений электрическое сопротивление не превышает нескольких нано-Ом (nΩ). На таком сопротивлении будет выделяться мало тепла и его всё ещё можно называть сверхпроводимым.

Как же будет решаться вопрос контроля качества соединений? На самом реакторе это никак не будет решаться. Для монтажников разработаны специальные квалификационные программы с контролем проведения процедур сборки на образцах и макетах с пошаговыми приёмочными испытаниями. Проще говоря, раз в несколько месяцев или по иному расписанию монтажники будут создавать тестовые соединения, которые будут испытаны в специальной лабораторной установке в условиях реального рабочего окружения (ток 75 кА, температура -269 °C)

Фактически специалисты регулярно в течение четырёх лет будут сдавать экзамен для подтверждения своей квалификации. Это станет косвенным подтверждением качества выполняемых работ при сборке реального реактора. Долгая и кропотливая работа. Любая ошибка в этом деле приведёт к значительным задержкам, если будет выявлена на стадии запуска реактора в работу.

Организация ИТЭР сообщает, что регулятор приостановил работы по сборке термоядерного реактора. У французской организации по ядерной безопасности Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) остался ряд вопросов по безопасности проекта, на которые ИТЭР (как организация) пока не дала ответов. Ожидается, что остановка монтажных работ на объекте не повлияет на общий график создания реактора.

Источник изображения: ИТЭР

Поскольку работы ведутся на территории Франции, за безопасность ядерного объекта отвечает французский регулятор. Проект термоядерного реактора на юге Франции был одобрен ASN в 2012 году. В процессе строительства и монтажа сооружений и оборудования ИТЭР обязана предоставлять регулятору исчерпывающую информацию по безопасности на всех заранее оговорённых этапах работ. Одну из таких точек контроля ИТЭР должна была пройти 1 февраля, но отчёт был подан в неполном объёме. Поэтому 25 января ASN сообщила, что дальнейшее продолжение работ по сборке реактора невозможно без дополнительных разъяснений со стороны ИТЭР.

Контрольная точка или «точка удержания» (hold point), которая не прошла полного подтверждения, была установлена регулятором в ноябре 2013 года. При её достижении можно было начинать сварку первых двух секций вакуумной камеры в шахте токамака, что делало процесс сборки реактора необратимым. Но для запуска процесса требовалось подтвердить безопасность фундаментной плиты B2 под зданием реактора, а это основание длиной 120 метров, шириной 80 метров и толщиной свыше 1,5 метров, а также подготовить некоторые другие отчёты.

От ИТЭР требовалось продемонстрировать безопасность плиты B2 в процессе строительства. Также организация должна была предоставить радиологические карты в зоне работы реактора. Эти карты помогли бы убедиться в безопасности персонала на площадке без использования специальных средств защиты от радиации после начала работы реактора. Элементы конструкции и оборудование сами по себе должны создавать достаточный экранирующий эффект.

Также ASN попросила провести дополнительный анализ перед запуском процесса сварки вакуумной камеры, поскольку выявлены некоторые несоответствия размеров на стыке между двумя секторами вакуумной камеры. Это необходимо для корректировки программы перед запуском автоматической сварочной установки.

Первая секция камеры уже собрана, включая установку теплового экрана и двух катушек тороидального поля. В шахту реактора она будет перенесена в ближайшие недели. Вторая секция, которая в шахте будет приварена к первой, будет собрана в течение нескольких следующих месяцев. Всего таких секторов 9 штук: 5 изготовлены в ЕС, а 3 изготовила и завершает последний 4-й Южная Корея.

В ИТЭР ожидают, что приостановка работ по сборке реактора не повлияет на общие сроки работ. Первую плазму в реакторе ожидают получить в 2025 году. Но до экспериментов по синтезу дейтерия и трития дело дойдёт только к 2035 году. Реактор ИТЭР не предназначен для выработки электричества. Он должен подтвердить возможность термоядерной реакции с положительным выходом. Так, при затратах на розжиг плазмы в 50 МВт на выходе учёные ожидают до 500 МВт энергии и эту мощность реактор должен удерживать около 400 секунд.

На днях в цехе по сборке компонентов термоядерного реактора ИТЭР на юге Франции для финального тестирования на стенд установлен первый элемент центрального соленоида. По завершению сборочных работ будет создан сильнейший в мире электромагнит, который, как утверждают разработчики, мог бы поднять из воды современный авианосец.

Источник изображения: ИТЭР

В сборе центральный соленоид будет представлять собой 20-метровую конструкцию весом около 1000 тонн. Собираться он будет из шести модулей, производством которых занимается американская компания General Atomics. Первый из модулей был доставлен во Францию в сентябре прошлого года, а второй прибыл туда месяц спустя. Десятого февраля первый модуль был перемещён на стенд для тестирования всех его составных частей — кабелей, разъёмов, датчиков и других рабочих узлов модуля, которые при сборке потребуют сопряжения с остальными модулями.

Процесс перемещения модуля из места хранения к месту проведения диагностики занял несколько часов и выверенной работы монтажников. Элементы соленоида выполнены из очень хрупкого соединения ниобия и олова, которое используется для сверхпроводящей обмотки электромагнита. Малейший перекос при подъёме и спуске модуля при весе в районе 110 тонн был способен повредить этот компонент, поэтому только на подгонку длины трёх талрепов ушло более двух часов. Любое отклонение от вертикали могло безвозвратно повредить модуль, что просто недопустимо.

Стоимость оборудования для транспортировки модулей соленоида по площадке, его окончательной сборки и диагностического оборудования достигает $10 млн. После тестирования каждого модуля они будут переноситься на сборочный стенд, где будут собраны в один центральный сердечник высотой 20 метров. Затем соленоид протестируют в сборе и лишь затем опустят в шахту реактора в самый его центр. Сейчас в шахте установлен макет соленоида, облегчающий сборку реактора. По контракту General Atomics произведёт седьмой запасной элемент центрального соленоида на тот случай, если один из основных шести модулей будет повреждён.

Соленоид из 6 магнитов в сборе. Источник изображения: General Atomics

В токамаке центральный соленоид играет роль первичной обмотки трансформатора, для которого плазменный жгут в вакуумной камере будет вторичной (одновитковой) обмоткой. Сверхпроводящие провода центрального соленоида ИТЭР могут выдержать ток до 46 кА. Напряжение в соленоиде будет подниматься от нуля до 30 кВ, что будет индуцировать в короткозамкнутом плазменном витке электрический ток. За счет омического нагрева выделяется дополнительное тепло, позволяющее ещё выше нагревать плазму, чем предусмотрено тремя специальными системами нагрева. За 20 лет эксплуатации соленоид должен выдержать порядка 60 000 импульсов.

Компания Hyundai Heavy Industries из Южной Кореи завершила изготовление предпоследней детали корпуса рабочей зоны термоядерного реактора для международного проекта ИТЭР. Деталь уже на пути во Францию, где она будет принята специалистами и установлена в шахте реактора на своё место. Последний сектор рабочей зоны находится на завершающей стадии производства — он готов на 90 %. Тем самым до конца года корпус рабочей зоны реактора будет полностью смонтирован.

Источник изображения: ITER

Корпус рабочей зоны реактора, в котором будет удерживаться разогретая до 150 млн °C плазма, разбит на 9 секторов. Пять секторов изготовлены в ЕС, а четыре были поручены изготовить Южной Корее — это материальный вклад страны в проект ИТЭР. На снимке ниже вы можете видеть делегацию Европарламента на фоне собираемого в шахте реактора корпуса активной зоны. Каждый сектор располагается вертикально с помощью оснастки, после чего соседние сектора свариваются друг с другом.

Источник изображения: ITER

Ряд оборудования для рабочей камеры производится в России, поставки которого уже осуществляются на площадку ИТЭР. Плиты для внутренней облицовки активной зоны реактора для защиты от высокотемпературной плазмы производятся в Индии. Все работы идут согласовано, хотя от графика отстают уже все стороны.

Источник изображения: ITER

Первый сектор двухстенной камеры в Южной Корее начали изготавливать в 2012 году. В ИТЭР он был переправлен в 2020 году. Столь длительный цикл производства заставил приступить к изготовлению остальных заказанных в Корее секторов реактора параллельно друг другу. Сейчас в работе остаётся последний сектор, производство которого завершено на 90 %. Можно рассчитывать, что эта последняя деталь корпуса активной зоны реактора будет изготовлена и доставлена на площадку ИТЭР до конца текущего года.

Источник изображения: ITER

Проект по строительству на юге Франции экспериментального термоядерного реактора по международному проекту ИТЭР (ITER) прошёл важный рубеж. До недавнего времени строительными работами управлял независимый европейский подрядчик — компания Fusion for Energy (F4E). Осенью начался процесс передачи управления работами непосредственно в руки организации ИТЭР. Завершится передача в конце февраля и вся дальнейшая работа ляжет на плечи проектной организации.

Источник изображения: ITER

«Эта передача ответственности за координацию платформы [строительной площадки] — важный момент для ИТЭР, — сказал Ив Бельпомо (Yves Belpomo), заместитель начальника Департамента по управлению строительством и руководитель секции по планированию и координации работ на площадке (SPC). — Мы можем считать это успехом, даже если люди не осознали, что это произошло. Это как замена масла в двигателе: всё по-прежнему работает гладко, значит, мы делаем свою работу».

С момента начала в 2007 году координацией работ по подготовке и обустройству строительной площадки занималась компания Fusion for Energy как исключительный европейский подрядчик, хотя проект ИТЭР управляется международным советом членов стран-участниц со своими структурами. По мере расширения строительства объёмы работ и нагрузки на координаторов проекта постоянно увеличивались. Компания Fusion for Energy, как сообщается, достигла поставленных перед нею целей и начала передавать дела внутреннему Бюро ИТЭР по управлению строительными работами.

«Роль Бюро по управлению строительством в ИТЭР заключается в обеспечении сквозной поддержки и координации логистики строительных работ на площадке. В 2020 году Управление было реорганизовано и расширено, чтобы справиться с возросшим объёмом монтажных работ. Новую команду возглавляет Кацуми Окаяма (Katsumi Okayama), и в ней более трёх десятков сотрудников, которые занимаются такими видами деятельности, как логистика, складирование, подъёмные работы, строительные леса, а также общим управлением объектом, планированием офисов и общими услугами на площадке, такими как кафетерий», — говорится в пресс-релизе на сайте проекта.

Новые обязанности по координации работ на площадке являются примером расширения сферы деятельности Бюро. Организация ИТЭР договорилась с Fusion for Energy, что оперативная и финансовая ответственность за координацию работ на площадке начнётся после завершения 75 % работ по контракту TB16 (траншеи для обслуживания, дренаж осадков и работы по адаптации площадки, такие как дороги и освещение). Этот порог был преодолён в сентябре 2021 года; в результате официальная передача полномочий началась 1 октября 2021 года и, как ожидается, будет завершена к концу февраля 2022 года.

Первую плазму в термоядерном реакторе ИТЭР учёные надеются получить в 2025 году, хотя на полную мощность реактор будет выведен в районе 2030 года. Реактор должен стать подтверждением возможности вырабатывать больше энергии, чем получит на запуск термоядерной реакции синтеза. В качестве коммерческого реактора проект ИТЭР не рассматривается. Первоначальная стоимость проекта в €5 млрд выросла до €19 млрд и, судя по всему, будет расти дальше. Запредельная дороговизна реактора ИТЭР отчасти объясняется необходимостью в массе научного и диагностического оборудования, в котором не будет необходимости в коммерческих реакторах.

Научная группа под руководством профессора кафедры физики плазмы Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Леона Беграмбекова победила коллективы из США, ЕС, Великобритании и Китая в тендере на создание, изготовление и установку в вакуумную камеру термоядерного реактора (токамака) ИТЭР диагностического оборудования, критически важного для длительной эксплуатации установки. Шестилетний контракт с российскими учёными будет оплачен в размере 5 млн евро.

Научная группа под руководством профессора кафедры физики плазмы Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Леона Беграмбекова.
Источник изображения: НИЯУ МИФИ

Интересно, что главными конкурентами российских учёных были китайские исследователи из компании China Nuclear Industry 23 в соавторстве с Институтом физики плазмы Китайской академии наук. Коллективы с проектами Alsyom (Евросоюз), Doosan Babcock Limited (Великобритания), Eiffage (Евросоюз), GA (США), Jacobs (Евросоюз) и Safe Technologies (Великобритания) не рассматривались в качестве серьёзных соперников.

Что касается заказанного ИТЭР оборудования, то речь идёт о разработке, прототипировании, изготовлении, сборке и наладке полномасштабной автоматизированной системы забора образцов пыли из вакуумной камеры токамака ИТЭР.

«При работе токамака в вакуумной камере будет накапливаться пыль из бериллий-вольфрамовых микрочастиц, образуемых в результате эрозии плазмой стенок камеры. Это может стать одной из серьезных проблем в работе реактора, так как накопление большого количества пыли повышает риск пылевого взрыва при внезапном развакуумировании камеры», — поясняется в пресс-релизе НИЯУ МИФИ.

Также на поверхности частиц пыли может оседать радиоактивный тритий, а его допустимое количество в реакторе строго регламентировано. Именно поэтому нужна система, которая позволит исследователям без развакуумирования установки измерить количество накопившейся в ней пыли и принять решение о продолжении работы реактора либо о его остановке для очистки. Судя по всему, будущие коммерческие термоядерные реакторы не обойдутся без подобных штатных систем, что даёт надежду на последующую коммерческую выгоду российской разработки.

«Росатом» сообщает, что 16 декабря во Францию на площадку, где создаётся Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER), было доставлено оборудование для одной из важнейших его систем — полномасштабный прототип центральной сборки дивертора, произведённый в АО «НИИЭФА» (предприятие госкорпорации «Росатом»). Оборудование успешно перенесло транспортировку и готовится к испытаниям.

Источник изображения: «Росатом»

«Это сложнейшее оборудование, создание которого потребовало от российских учёных тщательных расчётов и оригинальных технических решений, — отметил заместитель генерального директора по термоядерным и магнитным технологиям — директор НТЦ «Синтез» АО «НИИЭФА» И.Ю. Родин. — Помимо требований к надёжности и безопасности, специалистам АО "НИИЭФА" необходимо было обеспечить высокие точности изготовления, обусловленные условиями работы устройства в термоядерном реакторе».

На следующем этапе демонстратор центральной сборки дивертора (ЦСД) будет интегрирован в кассету дивертора и пройдёт полный цикл испытаний. В 2022 году после подтверждения характеристик начнётся изготовление опытной партии ЦСД. В соответствии с подписанным контрактом, в России изготовят 54 штатные и 4 запасные центральные сборки дивертора, которые будут поставляться в ИТЭР до 2027 года. Данные обязательства, кстати, делают маловероятными обещания запустить реактор до 2026 года, как было сказано раньше после целого ряда переноса сроков.

Материальный вклад России в проект ИТЭР не ограничится поставками только центральных сборок дивертора. Научные и производственные коллективы Российской Федерации вовлечены в создание 25 сложнейших высокотехнологичных систем будущей установки. Впрочем, в проекте участвуют множество научных коллективов из стран Евросоюза, США, Индии, Китая, Южной Кореи и Японии. Это проект, который не под силу одной стране и который может помочь в достижении чистой и неограниченной энергии в будущем. ИТЭР должен стать доказательством концепции с выходом энергии больше единицы и шансы на это очень и очень велики. Точнее, учёные гарантируют, что термоядерный реактор ИТЭР с большой вероятностью будет самоподдерживать реакцию термоядерного синтеза.

Что касается центральной сборки дивертора, который вчера прибыл во Францию, то он является составной частью такого сложного составного устройства, как дивертор. Дивертор располагается внизу вакуумной камеры токамака и служит для отбора мощности реактора и поддержания чистоты плазмы. Благодаря дивертору атомы облицовки первой стенки реактора удаляются из периферии плазмы. В противном случае выбитые плазмой атомы проникли бы в центр плазменного шнура и охладили бы его.

Дивертор включает в себя тело кассеты, на которую монтируются внешние (производятся в Японии) и внутренние (производятся в Евросоюзе) вертикальные мишени и, собственно, центральная сборка дивертора (производится в АО «НИИЭФА», Россия). Российские ЦСД защищают кассету от тепловых потоков и потоков заряженных частиц, как и экранируют основную плазму от нейтрального газа в диверторе, в котором газ находится под повышенным давлением по сравнению с основной плазмой.

Кассета дивертора и её расположение в реакторе. Источник изображения: ИТЭР

В режиме нормальной работы реактора нагрузки на ЦСД составят 5 МВт/м² с повышением до 10 МВт при кратковременных переходных процессах. Ключевые узлы ЦСД — купол и две отражающих мишени — состоят из 34 обращённых к плазме теплоотводящих элементов. Уникальная многослойная конструкция элементов представляет собой биметаллическое основание из бронзы и стали, облицованное вольфрам-медными плитками.

Для соединения материалов, обладающих разными физическими свойствами, применялись сварка взрывом, вакуумная пайка, лазерная и аргонодуговая сварка. Все соединения прошли проверку методами неразрушающего контроля. Для подтверждения соответствия требуемым характеристикам, прочности и надёжности каждый элемент отдельно и узлы в сборке подверглись целому ряду испытаний: тепловым — до 5 МВт/м² в течение 5000 циклов, гидравлическим — проливным и опрессовочным под давлением 7 МПа (70 атмосфер), вакуумным — горячим гелиевым испытаниям при температуре 250 °C и давлении гелия 4 МПа (40 атмосфер). Сделано всё, чтобы изделия выдержали возложенную на них задачу и не стали слабым звеном в конструкции этого научного мегапроекта.

Портал «Атомная энергия 2.0» со ссылкой на Российское агентство ИТЭР сообщил, что из России во Францию отправлен полномасштабный прототип сложнейшего элемента активной зоны термоядерного реактора ИТЭР. Всего в России будет изготовлено 58 таких элементов, которые называются диверторами. Первые серийные изделия запланированы к отправке во Францию в 2023 году, завершение поставки ожидается в 2027 году.

Источник изображения: www.atomic-energy.ru

Диверторы в составе комплексных систем прямо контактируют с плазменным шнуром в реакторе. Они представляют собой структуру с охлаждением водой с внешней облицовкой вольфрамом. Диверторы призваны как защитить стенки реактора от разрушения (температурного и корпускулярного), так и являются своеобразными «пылесосами» для очистки плазмы в реакторе от посторонних примесей.

Плазменный шнур на своей периферии контактирует с элементами корпуса реактора и выбивает из него частицы. Тем самым стенки реактора перегреваются, а выбитые частицы загрязняют плазму и снижают её температуру. Диверторы работают на этой периферии плазмы и отводят из неё примеси. В России разработали уникальный сплав для изготовления диверторов с рекордной термопрочностью конструкций на предельных тепловых нагрузках для проектного числа циклов.

Контракт на изготовление 58 центральных сборок диверторов был подписан в 2009 году. Работы выполняет Институт электрофизической аппаратуры им. Ефремова. Из заказанного числа диверторов 54 пойдут непосредственно на монтаж реактора, а 4 будут запасными.

Это не единственный материальный вклад России в проект ИТЭР. На днях во Францию отправлена первая партия других компонентов реактора — комплектов гиротронов для вспомогательного нагрева плазмы. Это оборудование выпускает нижегородское предприятие «ГИКОМ».

Международный проект ИТЭР (ITER), напомним, должен стать первым демонстратором эффективной термоядерной реакции синтеза с коэффициентом выхода больше единицы. Это ознаменует собой шаг в новую реальность, где человечеству станет доступен безграничный океан чистой энергии.

Как сообщает «Росатом», вчера из Нижнего Новгорода на площадку сооружения международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР на юге Франции отправлена первая партия оборудования, изготовленного в России. В качестве материального вклада Российской Федерации в проект ИТЭР отечественные предприятия изготовят 8 из 24 необходимых для работы реактора гиротронов и вспомогательное оборудование. Завершение поставок намечено на 2022 год.

Источник изображения: ITER

Гиротроны необходимы для вспомогательного нагрева плазмы. На самом деле, каждый из них — это целый комплекс оборудования с системами управления, охлаждения и питания. Российские предприятия изготовили и изготовят всё необходимое оборудование для интеграции гиротронов в состав реактора ИТЭР. Сборка и интеграция российских гиротронов в реактор также начнётся в новом году.

«Настоящая поставка включает в себя вспомогательные системы первых четырёх гиротронных комплексов: оборудование для водяного охлаждения, криокуллеры, системы формирования СВЧ-пучка и другие высокотехнологичные системы, — сказано в пресс-релизе «Росатома». — Разработкой и научным руководством по созданию этих уникальных устройств занимается Институт прикладной физики РАН, а непосредственное производство осуществляется на предприятии "ГИКОМ" (Нижний Новгород)».

Гиротрон. Источник изображения: «Росатом»

Строительство реактора на площадке ИТЭР идёт с отставанием от графика и со значительным увеличением сметы. Непосредственно монтаж реактора начался в мае 2020 года. Остаётся надежда, что реактор будет запущен в 2025 или 2026 году. Задача этого проекта, напомним, заключается в демонстрации научно-технологической осуществимости использования термоядерной энергии в промышленных масштабах и в отработке необходимых для этого технологических процессов. Кстати, запредельная дороговизна ИТЭР отчасти объясняется тем, что реактор будет напичкан научными приборами, которые в дальнейшем для эксплуатации коммерческих термоядерных реакторов будут не нужны.

Компания General Atomics отметила отгрузку первого модуля для сборки центрального соленоида термоядерного демонстратора ИТЕР (ITER). Это крупнейший и самый мощный в мире импульсный сверхпроводящий магнит, которых для проекта ИТЕР требуется шесть штук. Каждый из них шириной более четырёх метров и высотой три метра — невероятно сложное и большое изделие. Первый магнит уже доставлен во Францию, а второй будет доставлен в сентябре.

Один магнит упакован для отгрузки, второй подготавливают (фото за июнь 2021 года). Источник изображения: General Atomics

Вес одного магнита приближается к 170 тоннам. В сборе соленоид из шести магнитов будет высотой 18 метров и весом свыше 1000 тонн. Это сердце термоядерной установки. Электромагниты будут создавать тороидальное электромагнитное поле, удерживающее плазму внутри реактора и не дающее разрушать его оболочку. Седьмой магнит будет сделан про запас, если один из основных будет повреждён при транспортировке или монтаже.

Соленоид из 6 магнитов в сборе. Источник изображения: General Atomics

На каждый из магнитов ушло и уйдёт 6,4 км сверхпроводящего ниобий-оловянного проводника. Его в рамках проекта поставляет Япония. В обмотке магнитов будет циркулировать ток силой 15 млн ампер. До начала поставок все магниты проходят проверку.

Демонстратор термоядерного реактора по проекту ИТЕР строится во Франции в сотрудничестве 35 стран. Проект стартовал в 2010 году и в прошлом году (с заметным отставанием от графика), начался монтаж непосредственно реактора. Поставка магнитов компанией General Atomics также идёт с отставанием. Первый модуль планировалось доставить на строительную площадку в 2019 году. По факту первый модуль доедет до площадки только в этом месяце.

Соленоид в составе реактора. Источник изображения: General Atomics

Завершение строительства ИТЕР, который не будет вырабатывать электроэнергию, а просто станет живым доказательством рабочей концепции, ожидается до конца 2024 года. Первая плазма на реакторе должна быть получена в 2025 году.