Вчера был последний день заседания Совета ИТЭР, в ходе которого были определены новые временные рамки ключевых этапов реализации проекта по строительству масштабного термоядерного реактора. Задержки могут составить до 10 лет. Это сделает проект дороже, но в целом не повлияет на достижение поставленных десять лет назад задач — зажечь на Земле «искусственное Солнце» и получить почти бесконечный источник чистой энергии.

Площадка ИТЭР в сентябре 2023 года. Источник изображения: ITER/EJF Riche

Согласно первоначальному плану, первую плазму на реакторе ИТЭР (ITER), который строится во Франции с участием 33 стран, включая Россию, должны были получить в 2025 году. Теперь это официально признано невозможным. Сектора вакуумной камеры, где должна циркулировать плазма, оказались изготовленными с несоблюдением размеров, что теперь приходится исправлять, а также выявлены дефекты сварки в охлаждающих трубах кожуха вакуумной камеры, что вынудило менять десятки километров труб.

Новый глава ИТЭР — Пьетро Барабаски (Pietro Barabaschi) — подчеркнул, что даже без выявления брака прежние сроки выдержать было нельзя, настолько затянулось строительство. Более подробный отчёт и новые даты этапов ввода реактора в строй гендиректор проекта озвучит в июле на брифинге. Пока же он заявляет, что начальная фаза операций, которая заключается в запуске дейтерий-дейтериевых реакций для синтеза трития, перенесена на 2035 год. Ранее на этот год были запланированы первые полноценные термоядерные реакции на установке на дейтерий-тритиевом топливе.

Новые сроки не означают, что все научные операции на проекте сдвинуты на десять лет. Эксперименты с малыми токами плазмы начнутся раньше по мере сборки реактора. Вероятно также, что первая плазма начнёт генерироваться раньше 2035 года. В конечном итоге задача ИТЭР — набить как можно больше шишек, чтобы на его примере постройка всех последующих коммерческих реакторов шла как можно глаже. Все страны-участницы проекта, представленные на Совете ИТЭР, с этим безоговорочно согласились.

Реактор ИТЭР не предназначен для генерации электрического тока. Эта задача будет возложена на другой международный проект — DEMO, который подразумевает постройку уже электростанции на термоядерном реакторе типа токамак. В задачи ИТЭР входит доказательство концепции — работы масштабного термоядерного реактора по схеме токамака. В идеале реактор должен выдавать мощность 500 МВт не менее 400 с без перерыва при потреблении 50 МВт непосредственно на нагрев плазмы. Вспомогательные структуры реактора при этом могут дополнительно потреблять 300 МВт, но для опытной установки это мелочи. Выход энергии всё равно будет положительным. Жаль только, что он опять откладывается.

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 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.

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.

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

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.

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.

Уже известно, что выявленные в ходе сборки термоядерного реактора ИТЭР дефекты конструкции отдельных узлов заставят на месяцы или даже годы перенести запуск первой реакции. И хотя детали ремонтных работ и их смету придётся ещё не раз уточнять, картина действий уже ясна и коллектив ИТЭР приступил к её реализации. Реактор будет починен и построен!

Демонтаж труб охлаждения с тепловых экранов (панелей). Источник изображений: ИТЭР

Во-первых, на проекте начали готовить тепловые экраны для замены труб охлаждения. Всего рабочую камеру реактора будет закрывать 27 панелей, а это 23 км труб. Предыдущая технология наварки труб на панели привела к появлению микротрещин. Этому способствовали остатки хлора, которые попадали в крошечные карманы в процессе сварки, что вело к коррозии, а также напряжение металла после сварки, которое разрывало уязвлённый металл труб.

Сейчас специалисты отрывают трубы от панелей и прорабатывают новые технологии сварки. Рассматривался даже вариант крепления труб с помощью хомутов, но он был отброшен как слишком сложный и ненадёжный. Все трубы охлаждения для уже произведённых панелей будут изготовлены и приварены заново, и, скорее всего, будет сделано также несколько новых панелей про запас. Тендер на проведение этих работ будет размещён в начале февраля, чтобы уже в марте нашёлся подрядчик и приступил к ремонтным работам.

С отклонениями в геометрии девяти секторов вакуумной камеры всё будет сложнее. Каждый из секторов собирался из трёх частей. Именно это привело к отклонениям в геометрии секторов после сварки трёх частей в одно изделие. Эти отклонения разные для каждого сектора. Например, чтобы привести к требуемым допускам сектор №6 (уже установленный в шахту реактора), по периметру стыков придётся нарастить примерно 73 кг металла. Для сектора №1(7) потребуется наращивание 100 кг металла, а для наиболее пострадавшего из трёх измеренных секторов сектора №8 — целых 400 кг металла.

Одна из девяти одинаковых секций вакуумной камеры

Для наращивания металла по месту будущих сварных швов каждый сектор придётся освободить от тех же тепловых экранов и другого оборудования, которое будет мешать в процессе проведения работ. Для наращивания секторы разместят на специальных платформах. Сектор №6 при этом придётся извлекать из шахты, что тоже довольно сложная операция, ведь каждый из секторов весит 440 т (высотой с пятиэтажное здание и весом с Airbus A380, как характеризуют эти изделия представители ИТЭР).

Подрядчик для проведения восстановительных работ на секторах рабочей камеры будет выбран до начала лета. Вместе с ИТЭР над этим будет работать государственный французский регулятор в сфере ядерной энергетики. Технология будет опробована на множестве образцов, а после завершения работ все швы проверят в полном объёме методом неразрушающего контроля. Работы предстоят достаточно сложные, но вполне осуществимые.

«Здесь нет никакого скандала, — сказал генеральный директор ИТЭР Пьетро Барабаски. — Такие вещи случаются. Я видел много подобных проблем, и гораздо хуже...»

На днях в интервью Agence France-Presse генеральный директор проекта ИТЭР Пьетро Барабаски сообщил, что на фоне выявленных в процессе строительства объекта проблем планируемый запуск термоядерного реактора будет отложен на месяцы и даже годы. Это означает, что 2025 год перестаёт быть датой получения первой плазмы в реакторе, хотя дейтерий-тритиевая реакция всё ещё ожидается в районе 2035 года.

Внешняя сторона вакуумной камеры активной зоны реактора с тепловым экраном. Источник изображений: ITER

Как мы сообщали ещё в ноябре, представители ИТЭР озвучили две серьёзные проблемы, выявленные на объекте. Во-первых, сектора вакуумной камеры, в которой будет циркулировать раскалённая до более 150 млн °C плазма, оказались с отклонениями по размерам, что делает невозможным качественную сварку корпуса камеры. Таких секторов девять: пять из них создаются в ЕС, а четыре в Южной Корее. Все сектора изготовлены или работы близки к завершению, что исключает возможность внести в проект нужные изменения.

Камера в сборе представляет собой объект с внешним диаметром 19,4 м высотой 11,4 м и весом 5200 т. Сектора по одному опускаются в шахту реактора и по очереди привариваются друг к другу. Сварочные работы осуществляет робот и поэтому отклонение в геометрии поставило автоматику в тупик. Как это исправлять пока непонятно.

Вторая проблема — это коррозия и последовавшие за этим трещины в трубках теплового экрана камеры. Предполагается, что экраны придётся изготавливать заново. Более того, замену экранов в шахте произвести, скорее всего, не удастся, и уже опущенные в шахту секции камеры придётся поднимать наверх для ремонта.

Выявленная рентгеновской установкой трещина в трубопроводе системы охлаждения

Все эти работы на месяцы и даже годы отодвинут первый рабочий запуск реактора. Ранее глава ИТЭР не был столь категоричен в выводах. Также эти проблемы снова увеличат бюджет проекта, который и так вырос в четыре раза по отношению к первоначальной сумме 5 млрд евро. На чём-то придётся экономить. Предложения по этому вопросу будут готовы после детального анализа ситуации, что произойдёт ближе к концу текущего года.

Российские участники проекта ИТЭР настроены не так пессимистично. В интервью агентству РИА Новости директор Частного учреждения «ИТЭР-Центр» (Госкорпорация «Росатом») Анатолий Красильников сказал, что программу научных исследований можно будет уплотнить, и даже если первый запуск реактора состоится позже 2025 года, главная цель проекта — запуск дейтерий-тритиевой реакции — всё ещё ожидается в планируемые ранее сроки, а это середина 30-х годов.

«Это нормально для столь крупного и уникального объекта. Технические трудности возникали и раньше, — указывает он. — Причина возможного переноса, о котором говорит гендиректор ИТЭР, прежде всего не в критических дефектах конструкции, а в том, что ученые хотят расширить научную программу. Значит, подготовка к испытательному запуску займет больше времени. Фактически первой плазмой будет не то, что под этим подразумевали».

В любом случае, решение будет принимать Совет ИТЭР. Ближайшее заседание ожидается весной. Россия продолжает принимать участие в проекте и в этом плане санкции её не затрагивают.