Ученые ТРИНИТИ приступили к освоению ключевых термоядерных технологий с новым токамаком ТРТ, не дожидаясь проекта ITER

Ученые Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) решили собственными силами начать освоение термоядерного синтеза, не дожидаясь завершающей фазы международного проекта ITER. Для этого они разработали концепцию и уже создали 3D-модель отечественного токамака реакторных технологий (ТРТ). Что означает эта новость для российской науки и мировой энергетики? Попробуем объяснить.

Термоядерный бублик с плазменной начинкой

Для начала надо понять, что представляет из себя токамак. Это термоядерный реактор, сталкивающий атомы двух изотопов водорода (трития и дейтерия), разогретых до плазмы. При таких сверхвысоких температурах они не отлетают друг от друга, а образуют атомы гелия, высвобождая гигантское количество энергии. Тот же процесс постоянно идет в недрах Солнца.

Плазма движется в вакууме по тоннелю в форме тора. Тор похож на велосипедную или автомобильную камеру: снаружи напоминает бублик, но полый внутри. Ни один материал не способен вынести столь больших температур, поэтому плазму удерживает внутри тора магнитное поле.

Многие полагают, что за токамаками — будущее мировой энергетики. Во-первых, такой реактор безопасен (в отличие от ядерного): реакцию в нем можно остановить в любой момент, просто прекратив подачу топлива. Взорваться он тоже не может, поскольку плотность плазмы слишком мала. Во-вторых, тритий и дейтерий достаточно дешевы, при этом всего из 80 граммов смеси двух изотопов можно получить столько же энергии, сколько дает тысяча тонн угля.

Основная проблема токамаков в том, что они пока не могут работать продолжительное время. Сегодня одна из главных задач российских ученых — добиться того, чтобы реактор непрерывно работал хотя бы дольше 100 секунд, в идеале — около тысячи секунд.

У семи нянек токамак без глазу

Самый большой на сегодняшний день токамак (28 метров в диаметре) вот уже 12 лет строят во Франции. Как и большой адронный коллайдер, это международная программа. В проекте ITER помимо России задействованы ЕС, США, Япония, Южная Корея, Китай, Индия. Как обычно, чем больше стран берется за совместное дело, тем медленнее оно движется. Закончить сборку реактора должны в 2025 году, но сроки постоянно сдвигаются.

Впрочем, никто не запрещает участникам проекта самостоятельно осваивать технологии термоядерного синтеза. У России в этом вопросе преимущество, ведь сама идея удержания плазмы в магнитном поле была предложена советским академиком О. А. Лаврентьевым еще в 1950 году, а первый в истории токамак (тороидальную камеру с магнитными катушками) запустили в СССР в 1954-м.

В ТРИНИТИ решили собрать собственную установку, не дожидаясь ввода в строй ITER. В 1987 году на базе института уже запускали токамак с сильным полем, но 4 года спустя проект заморозили. Хотя специально для него было построено специальное здание с трехметровыми стенами биологической защиты, усиленным фундаментом и перекрытиями, способными выдержать повышенные нагрузки. Новый отечественный проект предполагает демонтаж реактора предыдущего поколения и создание ТРТ — токамака реакторных технологий.

ТРТ будет в 25 раз меньше ITER, но при этом куда более продвинутым в научно-техническом плане. Ведь с момента старта международного проекта технологии заметно шагнули вперед. Для защиты стенок токамака от перегрева и попадания в плазму примесей ученые используют жидкий литий. Также в конструкции реактора применят лучшие на сегодняшний день высокотемпературные проводники — их производят в Москве. Только им под силу поддерживать высокое магнитное поле в условиях криостата внешней оболочки, чья температура приближается к абсолютному нулю. Еще одной уникальной чертой ТРТ станет использование новейших технологий нагрева плазмы и поддержания ее агрегатного состояния.

В рамках программы РТТН под новый ТРТ будет отдана почти треть территории ГНЦ ТРИНИТИ. Эскизный проект реактора должен быть готов в 2024 году, а собрать его планируют к 2030-му.

Гибридный реактор — топливо без отрыва от производства

Между тем российские ядерщики нашли, как использовать термоядерный реактор с практической пользой уже сегодня. Так, запущенный около года назад в Курчатовском институте токамак Т-15МД рассматривается как прототип ядра гибридного реактора, работающего одновременно за счет ядерной и термоядерной энергии.

По словам замглавы Курчатовского комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий Михаила Субботина, токамак можно использовать для получения ядерного топлива. Дело в том, что во время работы реактора в его защитном слое (бланкете) тяжелый металл торий под воздействием нейтронов превращается в уран-233. Он может стать выгодной альтернативой урану-235, который используется на АЭС сегодня.

Оптимисты верят, что дешевая термоядерная энергетика станет доступна человечеству еще до конца XXI века.