главная страница правила rss экспертная площадка
 
 

Управляемый термоядерный синтез

В качестве важной задачи для атомной отрасли, на долгосрочную перспективу, Президентом Российской Федерации Д.А.Медведевым поставлен выход на освоение технологий управляемого термоядерного синтеза как основы энергетики будущего. На решение этой задачи нацелен проект «Управляемый термоядерный синтез».

В настоящее время во всем мире принимаются стратегические решения по развитию и освоению новых источников энергии. Необходимость разработки таких источников связана с ожидаемым дефицитом производства энергии и ограниченностью топливных ресурсов.

Одним из наиболее перспективных инновационных источников энергии является управляемый термоядерный синтез (УТС). Энергия синтеза выделяется при слиянии ядер тяжелых изотопов водорода. Топливом для термоядерного реактора служат вода и литий, запасы которых практически не ограничены. В земных условиях реализация УТС представляет сложную научно-технологическую задачу, связанную с получением температуры вещества более 100 миллионов градусов и термоизоляцией области синтеза от стенок реактора.

Термоядерный синтез - это долгосрочный проект, создание коммерческой установки ожидается к 2040-2050 году. Наиболее вероятный сценарий овладения термоядерной энергией предполагает реализацию трех этапов:

- освоение режимов длительного горения термоядерной реакции;

- демонстрация производства электроэнергии;

- создание промышленных термоядерных станций.

В рамках международного проекта ИТЭР (международный термоядерный экспериментальный реактор) предполагается продемонстрировать техническую возможность удержания плазмы и получения энергии.

Основная программная цель проекта ИТЭР заключается в демонстрации научной и технической возможности получения энергии за счет реакций синтеза (слияния) изотопов водорода – дейтерия и трития. Проектная термоядерная мощность реактора ИТЭР составит порядка 500 МВт при температуре плазмы в 100 млн. градусов.

В ноябре 2006 года всеми участниками проекта ИТЭР - Европейским союзом, Россией, Японией, США, Китаем, Кореей и Индией подписаны Соглашения о создании Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР. Этап сооружения реактора начался с 2007 года.

Участие России в проекте ИТЭР заключается в разработке, изготовлении и поставке на площадку сооружения реактора (г.Кадараш, Франция) основного технологического оборудования и внесению денежного взноса, составляющих в целом около 10% от полной стоимости сооружения реактора. Такая же доля вклада у США, Китая, Индии, Кореи и Японии.

Дорожная карта овладения энергией управляемого термоядерного синтеза

2000 год (современный уровень)
Решаемые задачи: достижение равенства затрат и выработки энергии
Последнее поколение токамаков позволило вплотную приблизиться к осуществлению управляемого термоядерного горения с большим выделением энергии.
Мощность реакций термоядерного синтеза достигла уровня 17 МВт, (установка JET, ЕС), что сравнимо с вложенной в плазму мощностью.

2020 год
Решаемые в проекте ИТЭР задачи: длительная реакция, освоение и интеграция термоядерных технологий
Цель проекта ИТЭР - достижение контролируемого зажигания термоядерной реакции и ее длительного горения при десятикратном превышении термоядерной мощности над мощностью на инициирование реакции синтеза Q³10.

2030 год
Решаемая задача: сооружение демонстрационной станции ДЕМО (ОТЭ)
Выбор оптимальных материалов и технологий для ОТЭ, выполнено проектирование, строительство и пусковые испытания опытной термоядерной электростанции в рамках проекта ДЕМО, завершено концептуальное проектирование ПТЭ.

2050 год
Решаемые задачи: проектирование и сооружение ПТЭ, завершение испытаний технологий генерации электрической мощности на ДЕМО.
Создание энергетической промышленной станции с высоким запасом безопасности и приемлемыми экономическими показателями стоимости энергии.
Человечество получит в свои руки неисчерпаемый, экологически и экономически приемлемый источник энергии.

В основе проекта термоядерного реактора положены системы с магнитным удержанием плазмы типа «Токамак», впервые разработанные и реализованные в СССР. В 1968 году на токамаке Т-3 была достигнута температура плазмы в 10 млн. градусов. С этого времени установки «Токамак» стали лидирующим направлением в исследованиях по термоядерному синтезу во всех странах.

В настоящее время в России эксплуатируются токамаки Т-10 и Т-15 (РНЦ «Курчатовский институт»), Т-11М (ФГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Троицк, Московская область), Глобус-М, ФТ-2, Туман-3 (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург, РАН) и стелларатор Л-2 (Институт общей физики, Москва, РАН). Все установки, за исключением законсервированного токамака Т-15, относятся к классу малых токамаков/стеллараторов с максимальной температурой ионов менее 10 миллионов градусов и временем разряда менее 1 секунды. Для получения опыта работы с термоядерной плазмой в России необходимо создание установки с параметрами, достаточными для тестирования технологий термоядерной электростанции, то есть достижение температуры 100 млн. градусов, длительности разряда более 1000 секунд.

В качестве такой установки может быть использован токамак Т-15, который после технического перевооружения основных технологических систем (магнитной, криогенной, вакуумной, дополнительного нагрева, диагностики, информационно-управляющей и др.) обеспечит уровень исследований процессов в плазме и технологий, достаточный для достижения стратегических целей развития термоядерной энергетики в России.

Участие России в сооружении, а затем и в исследованиях на реакторе ИТЭР позволит создать промышленные технологии овладения энергией термоядерного синтеза, получить уникальный опыт сооружения и эксплуатации энергетических термоядерных реакторов и обеспечить воспроизводство научных и инженерных кадров для будущих термоядерных электростанций.

Основная цель проекта «Управляемый термоядерный синтез» - овладение энергией термоядерного синтеза на базе отечественных инновационных технологий с использованием результатов международного сотрудничества. Первоочередными задачами проекта на краткосрочную перспективу являются:

1. Создание единого отраслевого «Центра плазменных исследований и преобразования энергии» для осуществления отраслевого программно-целевого управления исследованиями и разработками по УТС на основе ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ» и научных групп данного направления ряда других предприятий ГК «Росатом».

2. Реализация плазмофизических режимов на токамаке Т-10 при работе вблизи операционных пределов и мощности дополнительного СВЧ-нагрева до 4-х МВт, обеспечивающие моделирование стационарного режима в термоядерном реакторе.

3. Испытания макета литиевого лимитера на токамаке Т-11М для токамака-реактора, моделирующего поведение обращенных к плазме компонент стационарного реактора. Одним из вариантов использования термоядерного реактора с целью его включения в топливный цикл традиционной ядерной энергетики может быть проект демонстрационного термоядерного источника нейтронов (ТИН) мощностью ~10 МВт. Обоснование параметров и выбор варианта для эскизного проекта ТИН намечено завершить к 2012 году.

4. Завершение сооружения и осуществление физического пуска установки «МОЛ» - макетной секции комплекса «Байкал», с параметрами, достаточными для начала работ по зажиганию термоядерной мишени.

5. Создание квазистационарного токамака ТРТ-1 с дивертором для проведения комплекса исследований в поддержку программы ИТЭР и проекта создания ТИН, включая подготовку научных и инженерных кадров. Токамак ТРТ-1 послужит физическим прототипом ТИН.

Эти работы являются составной частью проекта ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года» и определяют дальнейшие направления развития управляемого термоядерного синтеза.