Монтаж центрального соленоида Т-15, 80-е годы
В научно-исследовательского центре «Курчатовский институт» разобрали старый исследовательский реактор Т-15 в здании института — и теперь на его фундаменте строят новую гибридную установку.
«Гибридный токамак сейчас называется Т-15МД. Это большая установка, в конце года мы её должны собрать на месте старой Т-15 в этом здании [Курчатовского института]. Ту [старую установку] мы разобрали, строим новую на её фундаменте», — сказал научный руководитель Курчатовского комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий Петр Хвостенко.
Новый реактор соберут к концу 2018 года, физический пуск запланирован на 2020 год. На нём будут отрабатывать технологии, «которые необходимы для термоядерного источника нейтронов именно для гибридного реактора».
Т-15 в своё время он стал одним из первых в мире прототипов промышленного термоядерного реактора, который использует сверхпроводящие магниты для управления плазмой. Реактор с стандартной тороидной камерой, большим радиусом 2,43 м и малым радиусом 0,7 м продемонстрировал, что советская физика идёт по правильному пути к получению термояда.
Токамак Т-15 — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы. Разработана Васмилием Андреевичем Глухих (ныне академик РАН)
Т-15 получил первую термоядерную плазму в 1988 году и продолжал работу до 1995 года.
Экспериментальные термоядерные реакторы
Управляемый термоядерный синтез — настоящая чаша святого Грааля для энергетики. Если физики научатся удерживать плазму в магнитной ловушке и тратить на магниты меньше энергии, чем выделяется в результате реакции, то человечество получит практически неисчерпаемый источник чистой энергии, а об ископаемом топливе из углеводородов и урана можно будет забыть, тем более что их запасов надолго не хватит. По оценкам учёных, запасов урана-235 человечеству хватит всего лишь на 50?70 лет, так что строить новые АЭС обычного типа сейчас нерационально.
Некоторым специалистам очевидно, что будущее — за термоядерным синтезом. Попытки создать рабочий термоядерный реактор предпринимались неоднократно. С 2007 года идёт строительство ИТЭР (Международного экспериментального термоядерного реактора), но проект значительно выбился из сметы в $5 млрд, а сроки сдачи неоднократно переносились.
СССР является одним из организаторов проекта ИТЭР, сейчас российские научные организации отвечают за изготовление 25 систем. Центром интеграции для зарубежных участников проекта ИТЭР является Институт ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН, на его территории соберут и испытают элементы из компонентов, изготовленных в разных странах. Первую плазму на ИТЭР планируется получить в 2025 году.
Первый в мире токамак Т-1 построен в 1954 году
Проводятся и другие эксперименты с термоядерным синтезом. Например, в Массачусетском технологическом институте совместно с компанией Commonwealth Fusion Systems приступили к строительству действующего прототипа термоядерного реактора со сверхмощными магнитами гораздо меньшего размера (используется сверхпроводник YBCO, оксид иттрия-бария-меди). Для начала MIT собирается за 10 лет изготовить прототип реактора на 100 МВт, имеющего размер всего 1/65 от ИТЭР. Он будет выдавать энергию импульсами по 10 секунд — тепло не планируется преобразовывать в электричество, но учёные рассчитывают, что выдаваемая энергия будет примерно вдвое больше, чем затраты на нагрев плазмы. Затем начнётся строительство реактора на 200 МВт с генератором, отдающим электроэнергию в общую сеть. Если проект завершится успешно в заявленный срок 15 лет, то это может быть первая в мире реально работающая термоядерная электростанция.
Вместе с возобновляемой энергетикой термоядерная энергия — самая реальная надежда человечества обеспечить растущие энергетические потребности.
В мире сейчас более десятка экспериментальных проектов:
- Wendelstein 7-X
- MegaJoule Laser
- National ignition facility
- MagLIF fusion
- EAST (китайский токамак)
- Lockheed Martin compact fusion
- Helion Energy
- Tri Alpha Energy
- General Fusion
- First light
- Tokamak Energy (английский стартап)
- Lawrenceville Plasma Physics
- и другие
Гибридный термоядерный реактор Т-15МД
Гибридный термоядерный реактор получает энергию и от распада атома (как обычная атомная станция) и от синтеза, то есть он сочетает в себе принципы ядерной и термоядерной энергетики
Гибридный токамак Т-15МД будет работать на тории, который стоит дешевле, а запасы его больше, чем у урана. Основное его отличие от термоядерного реактора заключается в том, что для получения энергии гибридному реактору не нужно получать сверхвысокие температуры.
Согласно техническому описанию, установка Т-15МД будет иметь вытянутую конфигурацию плазменного шнура с аспектным отношением 2.2, током плазмы 2 МА в тороидальном магнитном поле 2 T с квазистационарной системой дополнительного нагрева суммарной мощностью до 20 МВт. Установка рассчитана на длительность импульса до 30 с.
В настоящее время работы по модернизации установки Т-15МД переходят в фазу подготовки к физическому пуску токамака.
Комментарии (26)
Garbus
15.05.2018 12:16+1Вот были бы в статье хоть какие то подробности…
Насколько понимаю «термоядерная» часть с низким КПД должна выдать нейтроны для стимуляции распада тория? Как для обывателя выглядит вариант любопытным, но что скажут профессионалы по подобной схеме более интересно. Ранее как-то не встречал подобного варианта.bagamut
15.05.2018 12:53Термоядерная часть выдает нейтроны для наработки урана-233 из тория-232 путем захвата нейтрона. Затем уран-233 используется как топливо.
Garbus
15.05.2018 15:18Я немного про другое. Как это будет выглядеть конструкционно?
Кусок тория лежит в реакторе и копит уран, после чего переработка? Или будет какая-то одна конструкция, где урана накапливается достаточное количество для активного распада. Собственно и подталкиваемого регулярными импульсами, поддерживающими его количество.bagamut
15.05.2018 15:42Бланкет из тория или урана-238 за первой стенкой токамака, можно непосредственно получать тепло на месте или потом перерабатывать на топливо для обычных АЭС, в любом случае выход энергии увеличивается в 6 раз
Garbus
15.05.2018 21:48Спасибо за интересную информацию. Постоянно подобные «мелкие» подробности оказывается найти непросто. Или надо искать в специфической литературе, или просеивать кучу всякого, надеясь что автор не приукрасил что-то в меру фантазии.
Bedal
15.05.2018 16:12Торий тоже может работать энергетически, наработка урана для «традиционных» АЭС — вовсе не основной сценарий.
Гибридный реактор, на мой дилетантский взгляд — отличная идея. Можно не дожидаться заоблачных времён с прямой ТЯ-генерацией (там ещё вопрос, как энергию снимать — немалый). Соблюдается принцип безопасного разрушения — отключение нейтронной зажигалки автоматически отключает энергетическое тепловыделение. Состав получаемых изотопов управляем, что в значительной степени уменьшает и даже устраняет проблему утилизации радиоактивных отходов.bagamut
15.05.2018 17:59Торий не может, сначала надо он должен превратиться в уран-233. Затем его конечно можно использовать прямо на месте.
Дожигание отходов возможно, но там тоже много проблем с нестабильностью процесса и «нейтронными ямами», хотя конечно меньше чем в обычных ядерных реакторах.Bedal
16.05.2018 09:26Повторюсь — я дилетант, потому у меня не столько возражение, сколько вопрос. Положение о том, что торий годится только для переработки в U233, базируется на том, что сам по себе он не поддерживает цепную реакцию. Но в том-то и дело, что в гибридном реакторе цепная реакция не нужна и даже, можно сказать, вредна — она снижает безопасность. Нужные нейтроны поставит «зажигалка». И тогда торий (собственно, речь не только о нём, другие делящиеся вещества тоже можно пустить в дело таким образом) будет работать как собственно топливо.
То, что результат можно и в обычный реактор пустить — уже другое дело.
Не так?bagamut
16.05.2018 09:48Торий-232 не может быть топливом сам по себе, потому что не расщепляется с выделением энергии, его можно только превратить в уран-233 который уже способен расщепиться и выделить при этом энергию. Делящиеся изотопы и так уже сами по себе топливо, гибридный реактор для них не нужен. Весь фокус в том чтобы неделящиеся изотопы превращать в топливо.
BLOODRAINEM
15.05.2018 13:26Только выявленого урана хватит на 50-70 лет при текущем использовании(а так примерно ещё 2/3 не разведано). В ближайшие — 20-30 лет все перейдут на торий, которого в природе больше более чем в 1000 раз, а уран будет испльзоваться как запал.
tundrawolf_kiba
15.05.2018 13:55В ближайшие — 20-30 лет все перейдут на торий, которого в природе больше более чем в 1000 раз, а уран будет испльзоваться как запал.
Пока с торием грустновато в плане того что он сильно рассеян. Я больше верю в ЗЯТЦ, который позволит использовать в цикле и U238, которого чуть больше 99% от общего количества урана.
vanxant
15.05.2018 15:47Про «через 20 лет все перейдут» вы малость загнули. Определённые исследования по торию, конечно, ведутся, в Индии например, но промышленного ториевого цикла (от шахты до захоронения отходов) ни у кого просто нет. Так что переходить некуда.
При этом есть МОКС топливо (по сути, частичная переработка), здесь впереди Франция, у них чуть ли не половина энергии с МОКСов, есть оружейный плутоний с истекающим сроком годности, который нужно сжечь — здесь впереди РФ и США, есть ЗЯТЦ с разрабатываемым промышленным БН-1200… А ещё, говорят, есть волшебные иголочки Росатома, которые сделали выгодной повторную переработку старого, обеднённого ранее урана. Там, из отвалов 60-ых годов, как оказалось, ещё много чего можно вытащить.
И всё это на фоне того, что природный уран сейчас дёшев, из-за чего всё перечисленное мной выше экономически невыгодно. А занимаются этими проектами ради переработки ядерных отходов и/или протухшего плутония.BLOODRAINEM
15.05.2018 16:04До промишленного цикла ещё мало опыта. Это напрваление очень оживилось во многих странах в последнее время повсюду. В Канаде уже получают лицензии на постройку, Например первые китайские экспериментальные установки закончат в 2024. А промишленные будут готовы в 2035.
andrey_gavrilov
16.05.2018 09:55вы какую-то неадекватную реальности мифологию тут разводите про плутоний, вот здесь:
есть оружейный плутоний с истекающим сроком годности, который нужно сжечь
А занимаются этими проектами ради переработки ядерных отходов и/или протухшего плутония.
Самое страшное, что случается с оружейным плутонием (оружейный — это с большим процентным содержанием 239-го изотопа), — это накопление америция-241, в результате распада плутония-241, и гелия, в результате альфа-распада этого самого америция-241, и Pu238 (те самые альфа-частицы, затормозившиеся в металле и есть тот самый гелий).
От распадов плутоний греется (и немного «светит»), от повышения содержания Am-241 меняются нейтронные свойства, важные для ядерного оружия (ЯО), а от гелия металл «пухнет». Но все это решается очень несложной переработкой, — от америция (и прочих продуктов деления (ПД)) избавляются простой химической переработкой (при этом, естественно, решаются все проблемы с гелием).
В результате у вас получается оружейный плутоний радикально лучшего качества — больше обогащенный по Pu239, и меньше обогащенный по греющим его и прямо, и продуктами своего распада, Pu241 и Pu238.
И да, если у вас тот самый оружейный плутоний не в бомбе/ не планируется в скором времени в бомбу, вам вообще можно ничего с ним не делать, пусть Pu238, Pu241->Am214 в них спокойно себе разлагаются, почистить от всех прилагающихся ПД можно «перед употреблением» в ЯО.vanxant
16.05.2018 12:43Всё так, да не так.
Плутониевые бомбы 50-60 летней выдержки использовать нельзя — долбанёт слабо или вообще не долбанёт, а радиационного заражения даст дофига.
Переработать плутоний можно, но зачем? Во-первых, это небесплатно (плутоний сильно «злее» урана, ему нужны отдельные, максимально автоматизированные радиохимические цеха), во-вторых, всю остальную бомбу нужно утилизировать как ядерные отходы и делать новую. Самое главное, из-за СНВ выпускать новые бомбы нет смысла — количество разрешённых носителей сейчас сильно меньше количества имеющихся зарядов, и лишние нюки тысячами лежат на складах.
Наконец, хранение лишних ядрён-батонов на складах опять же очень не бесплатно. Как минимум это серьёзная охрана, это поддержание определённого микроклимата, это периодические проверки состояния, чтобы не случилось какой-нибудь гадости.
При всём при этом это отличное бесплатное ядерное топливо. Вот отсюда идея переработки старых бомб и растёт.
serafims
15.05.2018 20:58Это все интересно, конечно, но… все наиболее эффективные методики получения электричества сейчас основаны на нагреве некоего рабочего тела (вода), и потом это тело необходимо охладить (пруды-охладители, градирни..), но ведь тепло-то никуда не исчезнет, и интересно, чем закончится такое вот производство тепла…
SergeyMax
15.05.2018 21:05+1и интересно, чем закончится такое вот производство тепла…
Скорее всего такое производство тепла закончится тепловой смертью вселенной.
chersanya
16.05.2018 00:57+1Более того, практически всё полученное электричество тоже превращается в тепло :)
Vnuchok
15.05.2018 22:10сли физики научатся удерживать плазму в магнитной ловушке и тратить на магниты меньше энергии, чем выделяется в результате реакции, то человечество получит практически неисчерпаемый источник чистой энергии,
Если…
BalinTomsk
16.05.2018 06:29-По оценкам учёных, запасов урана-235 человечеству хватит всего лишь на 50?70 лет
а по оценкам других ученых запасы урана и тория составляют 96% от всех запасов ископаемых источников. А еще пишут что разведанных запасов нефти и газа еще на сотни лет. Это еще запасы метана на дне океана практически неисчерпаемы.
Dioxin
16.05.2018 07:25«проект значительно выбился из сметы в $5 млрд»
УХ сколько возобновляемой энергетики можно понастроить на эти деньги
" учёные рассчитывают, что выдаваемая энергия будет примерно вдвое больше, чем затраты на нагрев плазмы. Затем начнётся строительство реактора на 200 МВт"
Т.е. этот реактор будет генерировать 100 МВт тепла ???RiseOfDeath
16.05.2018 09:30Ну да, а что не так? Почему все вечно думают что эксперементальная установка должна выдавать столько энергии, что сможет затмить Солнце? Она не для того делается — это опытный реактор, а не "промышленный". От него не требуется снабжать электроэнергией необъятную, он нужен только для отработки технологии (да и студентов надо учить на чем-то, и докторские на чем-то писать тоже нужно).
ZloY_SemeN
16.05.2018 12:321. Опытный реактор никогда не выдает энергию в промышленных масштабах
2. Если размер опытного реактора как у трансформаторной подстанции, то их можно будет в каждом дворе ставить (немного утрирую, но все же)…
vesper-bot
YBCO — это материал-сверхпроводник, Y-Ba-Cu-O, иттрий-барий-медь-кислород, а не название реактора. Там из YBCO собираются обмотки магнитов делать, которые потом поставят на реактор.
igruh
Он же ибко, он же Y-123 по соотношению Y:Ba:Cu.