Токамак в россии что это
Внимание на старт: премьер запустил токамак в Курчатовском институте
К осени в России должна быть утверждена стратегия развития природоподобных технологий. Такое поручение Михаил Мишустин дал во время посещения Национального исследовательского центра (НИЦ) «Курчатовский институт». Также премьер-министр поддержал идею о превращении Зеленограда в центр Московской технологической долины. Кроме того, председатель правительства принял участие в запуске термоядерной установки токамак Т-15МД, которая, по словам разработчиков, не имеет аналогов в мире. Как пояснили «Известиям» эксперты, дальнейшее развитие термоядерной энергетики может обеспечить безопасным и практически неиссякаемым источником энергии всё человечество.
Элитарный клуб
Вскоре после отчета правительства в Госдуме, где особое внимание было уделено развитию науки, 18 мая Михаил Мишустин прибыл в Курчатовский институт на запуск термоядерного реактора токамак Т-15МД. Символическую кнопку премьер нажал вместе с президентом НИЦ Михаилом Ковальчуком.
Как заявляют разработчики, по техническим характеристикам установка не имеет аналогов в мире. Токамак Т-15МД — модифицированная версия реактора Т-15, работавшего в НИЦ с конца 1980-х. Установка предназначена для получения и исследования плазмы с термоядерными параметрами и решения инженерных задач, связанных с созданием термоядерного энергетического реактора.
— Сегодня мы говорили как раз о том, как активно Россия принимает участие в международных проектах. Это очень значимая работа, и вы не просто заняты международной научно-исследовательской деятельностью, а координируете более десятка международных проектов класса «мегасайенс», — заявил премьер, обращаясь к сотрудникам учреждения.
Государства, претендующие на прорывы в технологическом развитии, уделяют особое внимание мегаустановкам, отметил, в свою очередь, президент Курчатовского института Михаил Ковальчук.
Председатель правительства РФ Михаил Мишустин во время осмотра макета установки токамак Т-15МД в НИЦ «Курчатовский институт», 18 мая 2021 года
— Страны, которые создают эти установки, их эксплуатируют, образуют элитарный клуб, в котором Россия находится на одном из ключевых, ведущих мест. Масса принципов, заложенных в основу этих установок, была предложена нашими отечественными учеными. По программе, которая сейчас реализуется, мы создаем сеть мегаустановок по всей стране, как было когда-то в 1960-х и 1970-х годах. Сегодня Россия фактически повторяет — но на качественно новом уровне — тот же опыт, который у нас был в Советском Союзе, — отметил он.
Во время встречи Михаил Ковальчук напомнил о поручениях главы государства по развитию стратегии природоподобных технологий. НИЦ «Курчатовский институт» уже подготовил проект этого документа, однако внести подобную стратегию может только правительство, отметил президент института. С этим согласился председатель правительства и дал поручение подготовить стратегию до 1 сентября.
В ходе беседы с учеными Михаил Мишустин напомнил, что 80 лет назад советские физики, в первую очередь будущего Курчатовского института, начали работы в рамках атомного проекта. Так Россия стала первой в мире страной, построившей атомную электростанцию, атомный ледокол. И сегодня РФ остается единственным государством, у которого есть атомный ледокольный флот. В своем выступлении замдиректора НИЦ «Курчатовский институт» по научной работе Юлия Дьякова предложила сделать Зеленоград центром Московской технологической долины.
— На наш взгляд, чтобы действительно обеспечить быстрый трансфер результатов, полученных в рамках программы развития синхротронных исследований, очень важно сохранить этот задел и ввести в эксплуатацию комплекс «Зеленоград», — отметила она.
Председатель правительства поддержал эту идею и поручил министру науки и высшего образования РФ Валерию Фалькову проконтролировать исполнение инициативы.
Площадка для термоядерной установки токамак Т-15 в НИЦ «Курчатовский институт»
Долгожданный реактор
Первая в мире установка управляемого термоядерного синтеза была создана в Курчатовском институте в начале 1950-х годов и получила название «токамак» (тороидальная камера с магнитными катушками). Прародитель запущенной сегодня установки назывался «реактор Т-15», на нем получили первую плазму в 1988 году.
— Теперешняя установка практически полностью отличается от Т-15, — рассказал «Известиям» научный руководитель Курчатовского комплекса термоядерной энергетики, доктор технических наук Петр Хвостенко. — Если в Т-15 была сверхпроводящая магнитная система, то здесь теплая на медных проводниках. Если Т-15 охлаждался жидким гелием, то эту мы охлаждаем водой. При этом удалось достичь большой величины тороидального поля (2 тесла) в очень компактном объеме. И за такими небольшими машинами — будущее.
Т-15МД входит в структуру международного термоядерного проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) и должен стать одной из установок, на которой будет решаться ряд исследовательских задач этого мегапроекта. Предполагается, что полноценно реактор ITER сможет заработать к 2035 году. Если это случится, то будет решена одна из сложнейших задач, которая состоит в том, чтобы обеспечить энергией растущее население Земли.
— Появляется уникальная инфраструктура для научных исследований, для того чтобы, как говорят ученые, управляемый термоядерный синтез создал неиссякаемый источник энергии. Об этом многие в мире мечтают, — отметил Михаил Ковальчук.
Общий вид установки токамак Т-15
Термоядерная энергетика, основанная на синтезе ядер дейтерия и трития, обладает принципиальными преимуществами по сравнению с ядерной и другими видами источников энергии. Во-первых, она имеет почти неисчерпаемые топливные ресурсы (изотопы водорода) и возможность воспроизводства топлива внутри комплекса установки. Во-вторых, у нее нет высокоактивных отходов, значит, она практически безопасна при любых авариях. В-третьих, при использовании малоактивируемых конструкционных материалов термоядерный реактор проще выводится из эксплуатации.
— На токамаке Т-15МД будут проходить подготовку молодые кадры, которые построят в России новые реакторы уже с положительным выходом энергии (когда ее выработка многократно превышает расход), — сказал «Известиям» руководитель научно-исследовательской лаборатории управляемого термоядерного синтеза СПбПУ Владимир Рожанский.
Для России чрезвычайно важно сохранять первенство в развитии управляемого ядерного синтеза, доказательством чего служит запуск уникальной установки мегасайенс токамака Т-15МД.
Солнце в машине: как ученые сделали еще один шаг к созданию термоядерной энергетики и почему это может изменить мир
18 мая в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» был запущен термоядерный реактор Т-15МД. Это первая подобная установка, построенная в России за последние 20 лет. Эксперименты на ней станут частью масштабной международной программы, направленной на создание промышленной термоядерной энергетики.
Неисчерпаемый ресурс
Что же происходит в такой установке? Напомним, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Проще всего устроено ядро атома водорода: почти всегда оно представляет собой одиночный протон. Однако одно на 6000–7000 ядер водорода, встречающихся в природе, содержит еще и нейтрон. Такая разновидность (изотоп) водорода называется дейтерием. Существует и третий изотоп водорода: тритий. В его ядре один протон и два нейтрона. Тритий, в отличие от дейтерия, радиоактивен и быстро распадается: всего за 12 лет число его ядер уменьшается вдвое. В связи с этим он практически не встречается в природе, но может быть получен искусственно.
В термоядерном реакторе и при взрыве водородной бомбы ядра дейтерия сливаются с ядрами трития. При этом образуются ядра гелия и одиночные нейтроны, а также выделяется энергия, ради которой все и затевается.
В литре самой обычной воды (водопроводной, морской или какой угодно) содержится примерно 0,03 г дейтерия. Если весь этот изотоп использовать в термоядерном реакторе, выделится столько же энергии, как при сжигании 300 л бензина. То есть стакан воды из-под крана эквивалентен полному баку. Дейтерия, содержащегося в Мировом океане, хватило бы, чтобы обеспечить текущие энергетические потребности человечества на миллиарды лет.
Правда, для реакции необходим еще и тритий. Однако его можно получить, облучая нейтронами металл литий. Это не самое дефицитное сырье, чему порукой литий-ионные аккумуляторы, питающие каждый современный гаджет. По расчетам экспертов, подтвержденных и легко извлекаемых запасов лития в месторождениях хватит, чтобы обеспечить человечество термоядерной энергией в течение более чем тысячелетия. Если же извлечь литий из морской воды, его хватит на шесть миллионов лет.
Без Чернобыля
Термоядерная энергетика еще и безопасна с экологической точки зрения. Ни исходные продукты (дейтерий и литий), ни отходы реактора (гелий) не радиоактивны. Правда, радиоактивен тритий, но его можно получать тут же на месте. Достаточно включить литий в оболочку реактора, и свободные нейтроны, образующиеся в термоядерной реакции, будут превращать его в тритий. Другими словами, это опасное вещество не нужно отдельно производить, накапливать и перевозить: оно образуется прямо в реакторе и тут же потребляется.
Единственные опасные отходы термоядерных реакторов — это их отслужившие свой срок оболочки (бланкеты). Они принимают на себя ливень образующихся в реакции нейтронов, и в результате часть атомов бланкета превращаются в радиоактивные. Как долго прослужит оболочка, насколько активной она станет в результате, легко ли будет ее утилизировать? Ответы на эти вопросы сильно зависят от конструкции реактора и использованных материалов.
И, конечно, термоядерная энергетика будет гораздо экологичнее, чем сжигание нефти, угля и газа. Она позволит обойтись без выбросов в атмосферу вредных для здоровья веществ. Прекратив сжигать углеводороды, мы остановим и выбросы углекислого газа, по мнению большинства климатологов, ведущие к глобальному потеплению.
Укрощение плазмы
Если термоядерные электростанции (ТЯЭС) столь хороши, почему их до сих пор не существует? Между первым ядерным взрывом и пуском первой промышленной АЭС прошло менее десяти лет. Почему же первые ТЯЭС эксперты обещают нам лишь ко второй половине XXI века?
Дело в том, что стоящая перед физиками задача необычайно сложна. В распоряжении ученых нет реактора размером с Солнце, тяготение которого сжимает плазму так, что она становится в 20 раз плотнее стали. Чтобы компенсировать недостаток плотности, исследователи повышают температуру. В установке размером в несколько метров создается плазма, раскаленная до десятков миллионов градусов, что в несколько раз превышает температуру в центре нашей звезды. Это сверхгорячее вещество требуется удержать от контакта со стенками реактора, и это отдельная и очень большая проблема.
Плазма состоит из заряженных частиц: электронов и ионов. Это значит, что ею можно управлять с помощью магнитного поля. Теоретически магнитная ловушка может сколь угодно долго удерживать плазму внутри реактора, не давая ей коснуться его стенок. В реальности все не так просто. Как известно, разноименные заряды притягиваются, а одноименные — отталкиваются, причем эти силы действуют на больших расстояниях. Приведя в движение одну частицу, мы сдвигаем с места все, которые она притягивает и отталкивает, а те в свою очередь тянут за собой новые частицы, и так далее по принципу снежного кома. Неудивительно, что плазма чрезвычайно неустойчива, и малейшие возмущения нарастают в ней как лавина. Управлять такой капризной субстанцией сложнее, чем бешеным конем.
Наконец, постепенно водородная плазма загрязняется посторонними частицами. Поэтому время существования горячей плазмы в современных исследовательских реакторах измеряется секундами. Этого недостаточно для самоподдерживающейся термоядерной реакции, которая сама разогревает для себя плазму. Ее приходится греть с помощью гиротронов (своеобразных гигантских СВЧ-печей) и других устройств. В итоге возникает парадокс: современные термоядерные реакторы потребляют больше энергии, чем вырабатывают. Но физики упорно ставят все новые эксперименты и совершенствуют технологии.
Страна токамаков
Слово «токамак» пришло в мировые языки из русского. Оно означает «ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками». Такой реактор представляет собой полый тор (образно говоря, бублик), внутри которого и создается плазма.
Первый в истории токамак был запущен в СССР в 1954 году. Впоследствии в нашей стране было построено еще несколько подобных установок, а по всему миру счет пошел на десятки. Физики всей планеты признают именно этот тип термоядерного реактора самым перспективным, хотя альтернативные варианты тоже не сбрасываются со счетов. Международный реактор ITER, строительство которого стартовало в 2020 году, также представляет собой токамак. Проект начал разрабатываться в середине 1980-х годов, в 1992-м было подписано четырехстороннее (ЕС, Россия, США, Япония) межправительственное соглашение о разработке инженерного проекта, который был завершен в 2001 году.
Именно ITER должен стать первым термоядерным реактором, который выйдет на энергетическую самоокупаемость, то есть обеспечит энергией сам себя. Планируется, что он будет производить 500 МВт, как энергоблок АЭС. Однако ITER — не промышленный, а исследовательский реактор. Он будет буквально напичкан аппаратурой по измерению всего и вся, и поэтому обойдется очень дорого.
После того, как эксперименты на ITER позволят подобрать оптимальный режим работы реактора, в строй вступит первый прототип промышленной установки — DEMO. Однако его запуск планируется не ранее 2040 года.
Но чтобы достичь этих сияющих высот, требуются многочисленные опыты на токамаках, которые меньше и дешевле ITER. До недавнего времени нужные установки были у всех участников проекта ITER (ЕС, США, Японии, Индии, Китая и Южной Кореи), кроме России. Хотя в нашей стране действует несколько токамаков, ни один из них не был похож по конфигурации на будущий ITER.
В связи с этим в 2011 году началась глубокая модернизация токамака Т-15, вступившего в строй еще в 1988 году. В результате из заслуженной установки сделали буквально новый реактор, получивший название Т-15МД. Этот научный инструмент не очень велик: внешний радиус тора составляет всего 1,48 м. При этом плазма в нем разогревается до 60–100 млн градусов и в ней протекает ток в 2 млн ампер. Такие показатели обеспечивает система подогрева плазмы мощностью 15–20 MВт. По соотношению размеров и мощности Т-15МД не имеет аналогов в мире.
Время существования плазменного шнура в новом реакторе — до 30 секунд. Это далеко не рекорд, но вполне достаточно для экспериментов, необходимых для запуска ITER.
Гибридный реактор
Промышленный термоядерный реактор — это технология послезавтрашнего дня. Но если «скрестить» его с обычным ядерным, можно получить куда более простую установку, которая все еще будет безопаснее и экологичнее классического ядерного реактора.
Совсем иная ситуация возникает, если использовать внешний источник нейтронов. В этом случае нет необходимости накапливать критическую массу ядерного топлива: ядра и без того будут делиться под потоком «дармовых» нейтронов. Поэтому реакторы подобного типа называются подкритическими. Они гораздо безопаснее классических, потому что не могут пойти вразнос. Стоит отключить внешний нейтронный луч, как ядерные реакции прекращаются.
Сегодня в мире нет промышленных подкритических реакторов, но их создание активно обсуждается. Один из главных вопросов состоит в том, где взять достаточно мощный и при этом безопасный источник нейтронов. И очень удачно, что последние рождаются в результате термоядерных реакций.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Термоядерная установка, не имеющая аналогов в мире: что может российский токамак
Масштабный научно-исследовательский проект сегодня стартовал в Курчатовском институте. Там запустили не имеющую аналогов в мире термоядерную установку токамак. Она позволяет получить безопасный и, главное, практически неиссякаемый источник энергии. Все это лишний раз подтверждает высочайший технологический уровень нашей страны, заявил премьер Михаил Мишустин, который принимал участие в торжественной церемонии.
Физический пуск: никогда не работавшая до сих пор, первая за последние 20 лет новая термоядерная установка, построенная в России, оживает.
«Это огромное событие не только для России, но и для всего мира. Это даст мощный толчок к развитию таких отраслей, как медицина, промышленность, и, собственно говоря, это создание того самого чистого источника энергии, надежного источника энергии для наших людей, о котором говорил президент в Послании Федеральному Собранию», – сообщил Михаил Мишустин, председатель правительства РФ.
Токамак Т-15МД создан на основе технологии, разработанной Курчатовским институтом.
Токамак называют еще установкой полного тора (проще говоря, «бублик»). Внутри создается плазма, имеющая невероятно высокую температуру. Ее нагревают с помощью своеобразных микроволновых печей огромной мощности. Мощные магнитные поля удерживают плазму от соприкосновения со стенками реактора, иначе он мгновенно испарится.
Его запуск – важный шаг в реализации российской национальной программы по управляемому термоядерному синтезу. 138 миллиардов на исследовательскую инфраструктуру по всей стране – от Калининграда до острова Русский на Дальнем Востоке.
Установку в 50-е годы разработали советские академики Андрей Сахаров и Игорь Тамм. Термоядерный синтез считается наиболее перспективным и безопасным способом добычи энергии.
«Чтобы нам успешно двигаться по реализации программы, нам надо обновить, провести модернизацию созданной несколько десятилетий назад базы для производства. Россия была абсолютно самодостаточна. Мы производили все сами, все компоненты от начала до конца», – рассказал Михаил Ковальчук, президент Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».
Мега-установка входит в структуру международного термоядерного проекта ITER. На связи Франция. Коллеги поздравляют с запуском.
«Я бы хотел поблагодарить правительство России за большой вклад в деятельность российского подразделения ITER и выразить признательность за высокое качество технологий, которые предоставила российская промышленность», – заявил Бернард Биго, генеральный директор проекта ITER.
Российские ученые первыми в мире изучат, как удерживается энергия термоядерной плазмы. В уникальной среде Курчатовского института это дает неограниченные возможности по развитию природоподобных технологий, искусственного интеллекта, производства синтетических организмов, геномных исследований, ядерной медицины.
«Это важнейший вклад в развитие отечественной науки, столь необходимый для нас, для того, чтобы мы создавали центры компетенции, чтобы технологии и знания, которыми обладают наши ученые, передавались в промышленность, чтобы могли тиражировать необходимые решения, чтобы мы могли восстанавливать, в том числе, производства компонентов, новых материалов, микроэлектроники», – объяснил Михаил Мишустин, председатель правительства РФ.
Работа в Москве покажет, сколько еще таких энергоблоков нужно миру. Россия через 15 лет планирует войти в десятку ведущих государств по объему научных исследований.
Термоядерную установку, у которой нет аналогов в мире, запустили в Курчатовском институте
Российская наука сегодня шагнула вперед. Все благодаря новой термоядерной установке токамак, аналогов которой в мире нет. Она первая за последние 20 лет. А запустили ее в рамках Года науки в Курчатовском институте. Размеры компактные, но мощность запредельная. И перспективы для энергетики тоже.
«Здесь прохладно, а вот в камере, так сказать, горячо. Когда мы ее полностью нагреем — 100 миллионов градусов», — сообщил научный руководитель комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Петр Хвостенко.
Температура в 10 раз больше, чем в центре Солнца, и задачи космического масштаба — запустить термоядерные реакции, которые происходят в недрах звезд.
Звезда по имени токамак – рукотворное Солнце на поверхности на Земле. Эта установка дает надежду на светлое будущее – термоядерный синтез может обеспечить человечество чистой энергией на тысячелетия вперед. И запуск российской установки — большой шаг на этом пути.
Токамак Т-15 МД размером с небольшой дачный домик полностью спроектировали и построили в России за 10 лет. Подобный термоядерный реактор должен помочь заменить атомные электростанции и работать на безопасном и доступном топливе – дейтерии и тритии.
«Энергия колоссальная. На несколько порядков больше, чем сжигание нефти или газа того же количества, в десятки тысяч раз», — сообщил научный руководитель комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Петр Хвостенко.
Еще в 50-х годах прошлого века советские ученые придумали установку в форме тора, или бублика, где разогретую плазму удерживает магнитное поле. Тогда и родился термин «токамак» (тороидальная камера с магнитной катушкой). Сегодня в работе с токамаками российские специалисты по-прежнему впереди планеты всей.
В термоядерном синтезе множество задач, которые никому не удается решить уже десятки лет. Глава правительства Михаил Мишустин дал старт большому проекту класса «Мегасайенс», который должен помочь выйти за рамки современных научных догм.
«Огромное событие не только для России, но и для всего мира. И, конечно, я сразу же хочу поздравить весь ваш дружный коллектив, который много лет работал над тем, чтобы продвинуться еще дальше. Появляется уникальная инфраструктура для научных исследований, для того, чтобы, как говорят ученые, управляемый термоядерный синтез все-таки создал неиссякаемый источник энергии», — сказал премьер Михаил Мишустин.
На этой установке российские ученые будут проводить исследования, без которых невозможен запуск международного проекта ИТЭР. Самый большой в мире экспериментальный термоядерный реактор сейчас строится на юге Франции. На связь оттуда вышел генеральный директор проекта.
«В нашем международном проекте Россия играет ключевую роль, уже много лет вы являетесь ведущей мировой державой в технологиях токамака и синтеза. Я бы хотел дать наивысшую оценку качеству российского оборудования, поставляемого для ИТЭР», — сказал генеральный директор Международной организации ИТЭР Бернар Биго.
На совещании глава правительства обсудил с российскими учеными федеральную программу развития синхротронных и нейтронных исследований. До 2027 года на нее предусмотрено выделить 138 миллиардов рублей. В рамках программы Курчатовский институт создает по стране целую сеть мегаустановок нового уровня.
«Нам надо обновить, провести модернизацию созданной несколько десятилетий назад базы для производства. Россия была абсолютно самодостаточна. Мы производили все сами, все компоненты от начала до конца. И сейчас у нас это есть, но это требуется перевести на современный уровень», — отметил президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук.
План по модернизации прорабатывается, и глава правительства призвал ученых присоединиться к этой работе. Сами же подобные установки призваны сделать научные прорывы во всевозможных сферах: от медицины и сельского хозяйства до генетики и космоса.
«Чтобы мы могли восстанавливать, в том числе, производство компонентов, новых материалов, микроэлектроники — все это было реализовано. Не только придумано, но и сделано или растиражировано в нашу обычную жизнь», — подчеркнул Михаил Мишустин.
На встрече обсудили и внедрение в жизнь так называемых природоподобных технологий – Михаил Мишустин заявил, что поручит до 1 сентября разработать стратегию их развития в России.