Tokamak T-15MD. Nowe możliwości dla rosyjskiej i światowej nauki
Instytut Kurchatowa zakończył fizyczne uruchomienie głęboko zmodernizowanego hybrydowego reaktora termojądrowego T-15MD. Obiekt doświadczalny przeznaczony jest do badań i rozwoju obiecujących technologii, które mogą następnie znaleźć zastosowanie w projektach krajowych i międzynarodowych.
Uroczysta ceremonia
Uruchomienie megainstalacji T-15MD, zbudowanej w Narodowym Centrum Badawczym „Instytut Kurczatowa”, odbyło się 18 maja. Ze względu na duże znaczenie tego projektu, inauguracja odbyła się w ramach uroczystej ceremonii z udziałem premiera Michaiła Miszustina, ministra edukacji i nauki Walerego Falkowa i innych urzędników. Gościom powierzono wciśnięcie symbolicznego przycisku start.
Zdaniem premiera reaktor T-15MD świadczy o wysokim poziomie technologicznym naszego kraju. Jego uruchomienie było wielkim wydarzeniem nie tylko dla Rosji, ale dla całego świata. M. Miszustin zauważył również, że stworzenie nowego niezawodnego i potężnego źródła energii przyczyni się do dalszego rozwoju wielu branż.
Michaił Kowalczuk, prezes Instytutu Kurczatowa, powiedział, że rosyjska nauka jest w stanie kontynuować badania nad energią termojądrową. W tym celu konieczna jest modernizacja bazy naukowej i produkcyjnej. W przeszłości nasz kraj mógł realizować takie projekty bez pomocy zagranicznej, samodzielnie wytwarzając wszystkie niezbędne produkty i komponenty.
Wystrzelenie T-15MD było obserwowane za pośrednictwem łącza wideo przez kierownictwo międzynarodowego projektu termojądrowego ITER. Dyrektor generalny Bernard Bigot podziękował rządowi rosyjskiemu za ogromną pomoc naszego oddziału ITER. Z kolei rosyjski przemysł otrzymał wdzięczność za wysoką jakość technologii wprowadzonych w całym projekcie.
Po głębokiej modernizacji
Toroidalny obiekt T-15 do magnetycznego utrzymywania plazmy został zbudowany w Instytucie Kurczatowa pod koniec lat 10-tych. W jego produkcji wykorzystano istniejące konstrukcje reaktora T-1988M. Od 15 r. na nowym obiekcie T-XNUMX prowadzono różne eksperymenty związane z utrzymywaniem plazmy. W tym czasie sowiecka instalacja była jedną z największych i najpotężniejszych na świecie.
Mimo wszystkich trudności tamtego okresu, do połowy lat dziewięćdziesiątych prowadzono regularne badania. W latach 1996-98 megainstalacja T-15 przeszła pierwszą modernizację. Ukończono projekt reaktora, a także dostosowano program przyszłych badań. Teraz instalacja miała zostać wykorzystana do opracowania rozwiązań i pomysłów proponowanych do realizacji w międzynarodowym projekcie ITER.
W 2012 roku reaktor T-15 został czasowo wycofany z eksploatacji w związku z planami głębokiej modernizacji. W ramach tego projektu tokamak miał otrzymać nowy system elektromagnetyczny, nową komorę próżniową i tak dalej. Zwiększone zapotrzebowanie na energię miał zaspokoić nowy system zasilania. W rzeczywistości chodziło o radykalną restrukturyzację istniejącej instalacji z wymianą wszystkich kluczowych systemów.
Główna modernizacja reaktora w ramach projektu T-15MD została zakończona w ubiegłym roku, po czym rozpoczęto prace rozruchowe. Niedawno proces aktualizacji został pomyślnie zakończony - i nastąpiło fizyczne uruchomienie. Jednocześnie proces rozwoju bazy naukowo-technicznej nie ustaje. W kwietniu okazało się, że w latach 2021-24. Istniejący tokamak zostanie uzupełniony o nowe systemy o różnym przeznaczeniu.
Te czynności pomogą ukształtować ostateczny wygląd megainstalacji T-15MD i uzyskać wszystkie niezbędne możliwości. Pełne uruchomienie, umożliwiające przeprowadzenie wszystkich niezbędnych eksperymentów, nastąpi w 2024 roku.
Nowe zasady
W trakcie modernizacji reaktor T-15MD otrzymał szereg nowych układów, jednak jego ogólna architektura i zasady działania nie uległy zasadniczym zmianom. Tak jak poprzednio, tokamak musi tworzyć i utrzymywać kolumnę plazmy za pomocą pola magnetycznego. Reaktor wytwarza włókno o współczynniku kształtu 2,2 i prądzie plazmy 2 mA w polu magnetycznym 2 T. Czas ciągłej pracy wynosi do 30 s.
Modernizacja 2021-24 odbędzie się w dwóch etapach. W ramach pierwszego na T-15MD zostaną zainstalowane trzy wtryskiwacze szybkich atomów o łącznej mocy 6 MW oraz pięć żyrotronów o mocy 5 MW. Następnie zostanie wprowadzony system dolnego hybrydowego nagrzewania i podtrzymywania prądu plazmowego oraz system nagrzewania jonowo-cyklotronowego o mocy odpowiednio 4 i 6 MW.
W wyniku modernizacji reaktor stał się reaktorem hybrydowym. W specjalnych przegródkach w tzw. Proponuje się, aby koc umieścić paliwo jądrowe - jako to stosuje się tor-232. Podczas pracy reaktora paliwo musi opóźniać przepływ wysokoenergetycznych neutronów pochodzących z struny. W tym przypadku tor-232 przemienia się w uran-233.
Powstały izotop może być wykorzystany jako paliwo do elektrowni jądrowych. W tej roli nie jest gorszy od tradycyjnego uranu-235, ale korzystnie wypada w porównaniu z krótszym okresem półtrwania odpadów. Dodatkowe zalety związane są z faktem, że tor występuje częściej w skorupie ziemskiej i jest znacznie tańszy niż uran.
Teoretycznie tokamak hybrydowy może być również używany do transmutacji odpadów wysokoaktywnych. Uran-238 lub inne składniki wypalonego paliwa jądrowego można przekształcić w inne izotopy, m.in. do produkcji nowych zespołów paliwowych. Inną opcją wykorzystania instalacji hybrydowej jest budowa elektrowni. W takim przypadku w kocu musi krążyć chłodziwo, co zapewnia transfer energii do generatora.
Tak więc zaprojektowanie i wdrożenie reaktora hybrydowego umożliwia rozwiązanie kilku problemów jednocześnie. Może być wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej, a także do produkcji paliwa jądrowego czy przetwarzania odpadów. Naukowcy będą musieli potwierdzić realność takiej pracy reaktora, a także określić jego rzeczywistą wydajność, m.in. gospodarczy.
Cele i perspektywy
Główne rozwiązania konstrukcyjne tokamaka i zasady jego działania są dobrze przestudiowane i dopracowane. Umożliwia to projektowanie nowych, wydajniejszych reaktorów, a także prowadzenie eksperymentów mających na celu uzyskanie rzeczywistych wyników technicznych, energetycznych i ekonomicznych. To właśnie te zadania można rozwiązać przy pomocy zmodernizowanej megainstalacji hybrydowej T-15MD.
Fizyczny rozruch nowego reaktora miał miejsce, ale jego pełnoprawna i pełnowymiarowa eksploatacja będzie możliwa dopiero w 2024 roku, kiedy zakończy się produkcja i instalacja nowych systemów. Oznacza to, że już w połowie dekady będą eksperymenty, które dostarczą niezbędnych informacji. Umożliwi określenie najbardziej opłacalnych sposobów zagospodarowania całego obszaru, nie tylko w ramach nauki rosyjskiej, ale także w międzynarodowym programie ITER.
Dzięki temu nasi naukowcy otrzymują najnowocześniejszy sprzęt naukowy, a wraz z nim możliwość kontynuowania śmiałych eksperymentów z myślą o przyszłości. Całkiem możliwe, że tym razem nowe badania zostaną zakończone pożądanymi wynikami, dzięki czemu ludzkość otrzyma całkowicie nowe źródło energii, a Rosja po raz kolejny pokaże najwyższy potencjał swojej nauki.
informacja