Эра термояда

Фото: Flickr.com/ Fusionenergyvisual, Tae.com, ТАСС, Атомный эксперт

Заместитель директора «ИТЭР-центра» Леонид Химченко представил обзор ведущих мировых термоядерных установок и последних новостей в направлении термоядерных исследований. Он также рассказал о том, как разработки в области УТС продвигают мировую науку.

Биография эксперта
Леонид Николаевич ­ХИМЧЕНКО родился на ­Украине. Окончил Курчатовскую школу № 34 в Москве, затем — МИФИ. С 1973 года работал в Отделении физики плазмы Курчатовского института. С 2009 года перешел в проект ITER. Проводил многочисленные эксперименты на российских (Т‑9, Т‑12, ТВД, Т‑10, Т‑15) и основных зарубежных (DITE, COMPASS, JET, ASDEX-U) токамаках.

Автор 65 научных статей (параметр цитируемости Хирша — 14). Обладатель четырех Курчатовских премий за научные исследования и одной — за инженерные разработки.

Область научных интересов: «плазма-­стенка», дивертор, фрактальные структуры, диагностики.

Заместитель директора «ИТЭР‑центра», эксперт МАГАТЭ, член Программного комитета «Симпозиума по термоядерной инженерии Института инженеров электротехники и электроники» (IEEE SOFE).
Очевидно, что развитие цивилизации определяется уровнем потребления энергии. В последнее время в мире развернулась масштабная дискуссия о соотношении энергетики на ископаемом топливе и так называемой «зеленой» энергетики. Но как показали события последних месяцев, «зеленая» энергетика в Европе начала давать сбои. Опять потребовались российский газ и уголь. Опять заговорили о развитии атомной энергетики для достижения целей устойчивого развития, и особенно — о термоядерной энергетике как неисчерпаемом источнике энергии.

Для начала давайте вспомним основные законы ядерной физики, на которых основывается термоядерный синтез.

Во-первых, это дефект масс — явление, при котором либо при слиянии легких ядер, либо при расщеплении тяжелых выделяется свободный нейтрон, и его энергия преобразуется в электрическую. В частности, в результате слияния легких ядер дейтерия и трития образуется ядро гелия и вылетает нейтрон. Его замедляют, он отдает энергию. Такое слияние происходит при очень высокой температуре ядер в плазме, поэтому реакция называется термоядерной.

Во-вторых, критерий Лоусона, сформулированный в 1955 году и определяющий минимальную частоту столкновений ядер (nτ), необходимую для поддержания реакции. Он равен nτ — 1020 столкновений в 1 м3 /с при температуре ядер (Т) около 100 млн °C.

Дело в том, что необходимо обеспечить не только зажигание плазмы, но и ее устойчивое горение. Его можно добиться либо за счет высокой плотности взаимодействующих ядер — n, как это происходит в инерциальном синтезе; либо при длительном времени жизни до столкновения — τ, как это происходит на Солнце. Существует модифицированный критерий зажигания для установок УТС — nTτE ≥ 3×1021 кэВ x м‑3, где τE -время жизни энергии плазмы.

Это «путеводная звезда», к которой стремятся все термоядерщики. Разные установки УТС идут к этой цели по-разному, но самый прямой путь — у токамаков. С 1975 по 1995 год у этих установок параметр nТτЕ увеличился в 108 раз, то есть на восемь порядков — это очень существенно. Этот процесс напоминает действие знаменитого закона Мура в микроэлектронике, который гласит: «Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца». Этот закон работал 40 лет, позволяя прогнозировать потребности мировой микроэлектроники. В области термояда то же самое — наблюдается устойчивый рост параметра nТτЕ по годам, позволяющий оптимизировать плазменные параметры и переходить ко всё более масштабным установкам.

Все термоядерные установки делятся на два типа: с инерционным и магнитным удержанием плазмы. В установках первого типа топливо должно нагреваться быстро и равномерно; для этого используются релятивистские пучки электронов и лазеры. Общепризнанный лидер этого направления — американская NIF (National Ignition Facility), на которой в этом году было достигнуто зажигание. Мощность ультрафиолетового лазера достигла 500 тераватт. В РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров) строится лазерная установка УФЛ‑2М — она должна стать самой мощной в мире. В конце прошлого года был запущен ее первый модуль.

Установок с магнитным удержанием плазмы в мире гораздо больше, чем с инерционным. Они включают токамаки, стеллараторы и открытые ловушки.

Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) — это очень простая ловушка. Главная его часть — вакуумная камера, пустотелый «бублик» с тороидальными и полоидальными катушками магнитного поля. Внутрь вакуумной камеры закачивают газ, например, изотопы водорода — тритий и дейтерий, после чего нагревают его до десятков миллионов градусов. При этом образуется газ из заряженных частиц (ионов и электронов) — плазма. Нагрев плазмы осуществляется за счет выделения джоулева тепла при пропускании тока по плазме и за счет внешнего источника. Для удержания плазмы используется так называемое вращательное преобразование, создаваемое магнитными катушками и магнитным полем тока. С ростом магнитного поля параметры плазмы растут.
JET (Joint European Torus — Объединенный европейский токамак)
Самый масштабный проект этого типа — конечно, ITER. Другие крупные работающие установки: JET (Joint European Torus — Объединенный европейский токамак), американский Doublet III-D, немецкий ASDEX-U. Во Франции запущен WEST, в Италии строится DTT. В России, в Курчатовском институте, запущена установка Т‑15МД. В последнее время построены и успешно работают так называемые «азиатские тигры»: китайский EAST, корейский KSTAR. Завершено строительство японско-­европейского токамака JT‑60SA. Эта установка самая крупная в мире и по размерам наиболее приближена к ITER— она всего в два раза меньше и потому мобильнее, а значит, на ней можно будет проверить ряд физических идей до основных исследований на ITER. В США запущен инновационный проект SPARC — там будет построен токамак с сильным магнитным полем, создаваемым катушками с высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП). В России разрабатывается проект токамака ТРТ (Токамак с Реакторными Технологиями) по размерам JET, на основе ВТСП.

Стелларатор — тот же тор, но без возбуждения тока вдоль центральной оси. Плазма внутри «бублика» удерживается с помощью особой магнитной конфигурации, с вращательным преобразованием и дивертором — это возможно благодаря сложной конструкции катушек. Все катушки тороидального поля имеют вытянутую форму, каждая поворачивается на определенный шаг по отношению к предыдущей.

В мире действуют две такие установки: японская LHD (Large Helical Device — Большое спиральное устройство), первый в мире действительно большой стелларатор; и немецкая Wendelstein 7-X — о ней я подробнее расскажу ниже.

Открытые ловушки — еще одна разновидность установок для магнитного удержания плазмы. В отличие от замкнутых ловушек (токамаков, стеллараторов), имеющих форму тороида, открытые ловушки открыты с торцов: они имеют линейную геометрию, и силовые линии магнитного поля пересекают торцевые поверхности плазмы. В этих ловушках эффективно используется удерживающее плазму магнитное поле, можно работать в стационарном режиме, а также относительно просто удалять из плазмы продукты термоядерной реакции и тяжелые примеси. Эти параметры как нельзя лучше подходят для создания плазменных, или ядерных, двигателей для межпланетных перемещений. Лидер в классе установок, называемых открытыми ловушками, — гигантская, 12-метровая установка ГОЛ‑3, работающая в новосибирском Институте ядерной физики Сибирского отделения РАН.

Конкуренции между всеми вышеописанными установками нет; речь идет либо о соревновании, либо о сотрудничестве. Международное термоядерное сообщество — это большая дружная семья, у которой одна цель: строительство коммерчески эффективной термоядерной электростанции. Большинство специалистов хорошо знают друг друга, знакомы лично. Для международного термоядерного сообщества очень важны коммуникации, обмен опытом. В нашей среде ежегодно проходит не меньше 20 международных конференций — как тематических, так и интегральных. Кроме того, российские студенты участвуют в европейской программе Erasmus, позволяющей проходить стажировку в университетах Европы, на термоядерных установках с различными технологическими стандартами.
Термоядерная установка «Токамак‑3» в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова. Москва. Июль 1967 г.
«Русские корни» мирового термояда
Говоря о вкладе России в международные работы по термоядерному синтезу, нельзя не обратиться к истории. У всех на слуху изобретение и строительство советскими учеными (А. Д. Сахаровым, И. Е. Таммом, И. Н. Головиным и другими) первого в мире токамака. Помимо этого, существует еще несколько важных направлений, заложенных в СССР и повлиявших на работы по управляемому термоядерному синтезу во всем мире. Например, в 1972 году физики Лев Арцимович и Виталий Шафранов предложили для улучшения параметров плазмы использовать вместо круглого поперечного ее сечения вытянутое эллиптическое с полоидальным дивертором. Термоядерное сообщество быстро оценило значимость идеи. Сначала самая большая на тот момент американская установка DII переделала свою магнитную конфигурацию под вытянутое сечение, и в 1978 году состоялся физпуск DIII. Затем, в 1984 году, с такой же магнитной конфигурацией запустили крупнейший на тот момент европейский токамак JET. Теперь такая конфигурация стала основой всех токамаков в мире, в том числе ITER.

Второе многообещающее направление — это так называемый гибридный термоядерный реактор. Его технология объединяет реакции деления и синтеза — и, соответственно, надежность привычных реакторов деления, а также экономичность и экологическую безопасность термоядерной энергетики. «Ядром» служит термоядерный реактор, в котором при слиянии дейтерия и трития выделяется высокоэнергетический нейтрон. Поток нейтронов поступает в бланкет — устройство за областью реакции синтеза. В бланкете две зоны. В первой происходит деление 238U или тория, в результате нарабатываются плутоний или 233U — их можно использовать при изготовлении топлива для тепловых и быстрых реакторов. Во второй зоне литийсодержащие вещества воспроизводят тритий, необходимый для термоядерной реакции. Реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем — БРЕСТ, который сейчас строится в рамках проекта «Прорыв» для замыкания топливного цикла, — будет отрабатывать ядерные технологии бланкета, которые в будущем планируется использовать в «гибридном» термоядерном реакторе.

У такой технологии много преимуществ: во‑первых, гораздо меньше требований к параметрам термоядерной части гибрида; во‑вторых, можно частично трансмутировать долгоживущие изотопы из отработавшего ядерного топлива, уменьшая тем самым время распада полученных изотопов; в‑третьих, решается проблема обеспечения топливом существующих АЭС — накопленного «отвального» 238U хватит на тысячи лет. Ключевое отличие гибридной системы от традиционного термоядерного реактора — в том, что ядерный материал в бланкете находится не в строго критическом состоянии, а в состоянии, близком к критическому, что исключает возможность развития неконтролируемой цепной реакции. При этом гибридные реакторы отличаются небольшим количеством радиоактивных отходов и относительно компактными размерами при высокой мощности.

Идею гибридного реактора на основе токамака А. Д. Сахаров предложил еще в 1951 году и даже рассчитал размеры установки, которые оказались близкими к размерам ITER. И до аварии в Чернобыле в Курчатовском институте работал целый отдел, занимающийся созданием опытного термоядерного реактора (ОТР) на основе токамака с диверторной конфигурацией по схеме «синтез — деление». Но после Чернобыля мировое сообщество сосредоточилось только на традиционной схеме «чистого» термоядерного реактора.

Третье направление, в которое наша страна внесла существенный вклад, — это лазерный термоядерный синтез. Идею выдвинул на заседании Президиума АН СССР еще в 1961 году будущий лауреат Нобелевской премии Николай Басов. В 1964 году в соавторстве с О. Н. Крохиным он опубликовал в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ) статью, посвященную этой теме, и идея «пошла по миру».

Сегодня Россия участвует во всех этапах проекта ITER: от решения физических проблем и разработки технологий до производства ключевого оборудования. Российские предприятия изготавливают 25 систем для установки. Например, для магнитных систем ITER Россия изготовила низкотемпературные сверхпроводники, которые международное экспертное сообщество признало лучшими в мире. Параметры гиротронов для нагрева плазмы — 1 МВт при длительности 1 тыс. cекунд — пока недостижимы для остальных поставщиков ITER. Подвод и коммутация всей электрической энергии к токамаку — ответственность России. Самые напряженные по тепловым нагрузкам части первой стенки и дивертора — также за российскими поставщиками. Россия взяла на себя самые сложные системы диагностики плазменных параметров.

Подробнее об этих работах я расскажу ниже, а сейчас приведу только один пример. Важнейшая задача — выбор материала для первой стенки ITER, над ней работают ученые и институты разных стран. В России это НИИЭФА, НИКИЭТ, ВНИИНМ, МЭИ и другие. От того, насколько эффективно можно будет снять энергию с первой стенки и в диверторе, не допустив перегрева, напрямую зависят параметры центральной плазмы. Раньше предполагалось, что облицовка дивертора будет графитовой. Однако российские ученые по поручению европейских коллег провели испытания графита на плазменных пушках в ГНЦ «ТРИНИТИ», и оказалось, что графит при таких нагрузках распыляется и образует те самые фрактальные структуры, о которых я рассказывал. В итоге от графита отказались в пользу вольфрама.
Термояд набирает обороты
За последние пару лет в направлении международного термоядерного синтеза произошло сразу несколько ярких событий. В июле 2020 года состоялась торжественная церемония старта сборки токамака ITER. Это стало событием мирового масштаба, которое приветствовали главы нескольких государств. На сборку токамака уйдет несколько лет.

Как я уже говорил, в этом году было достигнуто зажигание на NIF. Коллеги долго шли к этому результату. NIF — это огромная установка, оснащенная 192 мощнейшими лазерами. Эти лазеры направлены в центр камеры зажигания, где размещена крошечная капсула с топливом — смесью дейтерия и трития. При запуске все лазеры одновременно фокусируются на капсуле: совокупная энергия составляет 1,5 МДж/Пс. В результате происходит термоядерная реакция. Теоретически это было рассчитано давно, но доказать на практике — совсем другая история.

В начале лета пришла новость о том, что китайский токамак EAST достиг рекордных показателей работы: он смог удержать температуру плазмы 120 млн °C в течение 101 секунды. EAST — сверхпроводящий токамак, рассчитанный на очень длинный разрядный импульс при мощном нагреве плазмы. Другой рекорд этой установки — удержание плазмы с температурой 160 млн °C при длительности разряда 20 секунд. Оба параметра — и температура, и время — важны. Тренд последних лет — проводить испытания на длинном разрядном импульсе, чтобы понять, может ли что-то пойти не так: например, накопление вредных примесей в центре плазменного шнура и срыв плазмы, или неисправности в работе сверхпроводников, или неконтролируемое накопление трития в перепылённых материалах. Эксперименты на EAST пока проходят успешно. Для проекта ITER эти результаты, конечно, важны, ведь у него много общего с EAST: те же сверхпроводники, использование вольфрама в диверторе, те же системы нагрева и поддержания тока, такая же магнитная конфигурация. При этом надо понимать, что ни на одной термоядерной установке до сих пор не достигнуты критерии, запланированные для ITER: там стандартная длительность разряда будет составлять 400 секунд, а сама D-T реакция должна длиться 3 тыс. секунд.

Еще одно важное для международного термоядерного сообщества событие: в конце лета исследователи смогли поднять плазменные параметры немецкого стелларатора Wendelstein 7-X и достигли температур, в два раза больших, чем в ядре Солнца, то есть 30 млн °C. Стелларатор Wendelstein 7-Х находится в Институте физики плазмы в Грайфсвальде. Это огромная установка, состоящая из 50 сверхпроводящих магнитных катушек высотой больше трех метров. Конструкция окружена криостатом (прочной теплоизолирующей оболочкой) диаметром 16 метров.

Конечно, 30 млн °C — это температура в пять раз меньшая, чем на токамаках. Но это хорошее движение на другом типе плазменной ловушки. На Wendelstein 7-X ставится цель добиться устойчивого разряда в течение 30 минут при мощности нагрева плазмы 15−20 МВт.

Этот проект вызывает у меня глубокое уважение. Как известно, в какой-то момент токамаки вырвались вперед, а стеллараторы остались в тени. Несмотря на это группа немецких ученых напряженно и с переменным успехом продвигала идею строительства стелларатора. В 1994 году проект получил «зеленый свет» от правительства Германии, с 2002 года началось его строительство. Двигался он сложно: дважды был на грани закрытия, стоимость выросла вдвое. На этапе производства треть магнитных катушек была забракована, один поставщик обанкротился. Однако команда не сдалась — с помощью 3D‑моделирования и суперкомпьютеров создала очень точную модель систем стелларатора, послужившую основой для изготовления всех компонентов установки. Стелларатор запустили в 2015 году — и сразу же получили планируемые параметры, а ведь это большая редкость: обычно после физпуска установки требуются доработки.

Конечно, все эти достижения также важны для проекта ITER. В частности, Wendelstein 7-X на деле показала, какую высочайшую точность сборки (с допуском не больше 2 мм!) может обеспечить современное компьютерное моделирование и каких потрясающих результатов способен достичь мотивированный коллектив. Кстати, недавно в ITER был собран один из девяти модулей вакуумной камеры с двумя катушками тороидального магнитного поля с точностью 1,4 мм.

Вообще в термоядерном сообществе сформировалось устойчивое мнение, что сама природа нам помогает — действительно, за последние 20 лет работы, особенно по токамакам, мы очень продвинулись вперед. Но плазма — своенравная субстанция, она не перестает нас удивлять. Например, выяснилось, что при определенных условиях в плазме возникает «улучшенное удержание», так называемые барьеры, уменьшающие сток энергии из плазменного шнура. Благодаря этому в центральной области повышается температура. Однако к хорошей новости, как обычно, прилагается плохая: за барьером при увеличении градиента давления плазмы образуется неустойчивость периферийного слоя плазмы, так называемая ELM (Edge Localized Mode). И вместо спокойного, ламинарного стекания плазма начинает «шнуроваться» и выбрасываться на стенку камеры. Возникает локальный перегрев — плазменный «шнурок» способен прожечь металл, хотя при этом среднее значение потока из центральной плазмы не меняется. Уже появились методы, с помощью которых можно уменьшить эффект «шнурования», закачивая газ в дивертор или воздействуя на ELM внешним стохастичным магнитным полем.

Итак, возникают различные явления, которые трудно предсказать теоретически. Но, основываясь на результатах экспериментов, статистическими методами можно выявить взаимозависимость различных параметров и выделить устойчивые тенденции (закономерности). Такие статистически определенные закономерности называются скейлингами. Закон Мура в микроэлектронике, например, — это тоже скейлинг. Скейлинги очень важны для прогнозирования параметров плазмы в проектах новых установок.

Время от времени возникают проблемы, относящиеся к фундаментальным вопросам не только физики плазмы, но и твердого тела. Например, российские ученые столкнулись с проблемой образования так называемых фрактальных структур на стенках вакуумной камеры при больших — «ИТЭРовских» — потоках энергии на материалы первой стенки и дивертора. Испарённый материал, аналогично аэрозолям осаждаясь обратно, образует рыхлые пленки с очень большой сорбционной способностью к газовой компоненте. Такие пленки могут поглощать тритий в большей мере, чем это просчитано в проекте ITER. Конечно, есть способы это предотвратить. Но испытать их можно, только построив ITER.
Первый модуль центрального соленоидного магнита на строительной площадке международного термоядерного реактора ITER. Исследовательский центр Кадараш, юго-восток Франции
Или, например, такое явление, как взрывная электронная эмиссия (открытое группой советских ученых под руководством Геннадия Месяца), может увеличить сток энергии на диверторные пластины и, соответственно, из плазменного шнура в несколько раз. А это, кроме перегрева диверторных пластин, может привести к снижению температуры центральной плазмы и гашению реакции термоядерного синтеза. И связано это с фундаментальной проблемой стока ионной и электронной компонент плазмы в турбулентном дебаевском слое между плазмой и материальной поверхностью.
Инвесторы выбирают термояд
По данным исследовательской группы Bloomberg, частные термоядерные компании в Северной Америке и Европе привлекли в 2020 году $ 300 млн инвестиций, что составляет около 20% от затрат на технологию за все время ее существования. (За 23 года компания TAE Technologies привлекла $ 880 млн и не менее 15% от этой суммы — в 2021 году. Компания First Light Fusion в прошлом году собрала не менее $ 25 млн на разработку реактора. При поддержке Джеффа Безоса General Fusion планирует построить в Великобритании испытательный центр, который начнет работу в 2025 году; и т. д.). Растут инвестиции и со стороны энергетических компаний: ENI, Equinor, Cenovus, Chevron инвестировали в термоядерный синтез.
Любопытная тенденция последних лет — рост частных инвестиций в проекты, связанные с плазменными и термоядерными исследованиями. Тем не менее при более детальном изучении проектов у меня создалось впечатление, что их практическая цель — не строительство коммерческой термоядерной электростанции, а разработка и апробация связанных с этим устройств, технологий и материалов. Например, в Англии есть частная компания Tokamak Energy. Четыре года назад там был запущен токамак ST40 — совсем небольшой. Мне кажется, главная цель этого проекта — испытания высокотемпературных сверхпроводников. Ведь пока еще никто не испытывал в токамаках большие катушки — только маленькие.

Интересен также американский стартап TAE Technologies (ранее — Tri Alpha Energy), доля в котором, кстати, принадлежит российским компаниям. Эта установка исследует другую термоядерную реакцию — слияние не дейтерия с тритием, а 11В с протоном. В результате образуются три альфа-­частицы (отсюда первое название компании) без образования нейтрона, то есть происходит безнейтронная термоядерная реакция. Это направление, на мой взгляд, оптимально для разработки межпланетных ракетных двигателей, так как оно позволяет существенно экономить топливо при большой удельной энергии — и все это в условиях гораздо меньшей наведенной активности, которая обычно возникает в нейтронных потоках. Не случайно один из спонсоров этого проекта — NASA.
Экспериментальная термоядерная установка Norman американской компании TAE Technologies, на которой в апреле 2021 г. была получена плазма с рекордной температурой более 50 млн °C
Или различные «плазменные пушки». Их также можно использовать для перемещения в космосе, а еще — для модификации поверхности материалов и нанесения покрытий.

Поэтому я считаю, что реальные цели «условно частных» термоядерных компаний — разработка и испытание новых технологий; а заодно «модный» тренд помогает привлекать финансы. Потому что термояд — это, безусловно, тренд.
Параллельное движение
Чем можно объяснить такой всплеск достижений в области термоядерных исследований? Как и всегда, есть комплекс причин. Результаты термоядерных исследований сильно зависят от технологий. Для того чтобы получить нужные параметры на установке, необходимо иметь хорошую энергетику, само технологическое устройство, материалы, обладающие определенными характеристиками, и так далее. Можно сказать, что прогресс в области термояда идет параллельно с технологическим прогрессом человечества, внося в него серьезный вклад.

Одним из ключевых факторов успеха я считаю динамичное развитие IT‑технологий. Плазма, как я уже говорил выше, — очень неустойчивая субстанция с огромным количеством параметров. Только суперкомпьютеры могут рассчитать, как она себя поведет в тех или иных условиях. Например, для целей ITER работает самый мощный суперкомпьютер в мире: его мощность около 100 петафлопс, это 1017 операций в секунду. Сейчас одновременно с реальным токамаком ITER с помощью 3D‑моделирования строится токамак виртуальный. На этой установке можно будет получить исчерпывающую информацию о любой детали: из какого материала она сделана, кто изготовитель, какие испытания проводились и так далее. Используя программу виртуального токамака, можно оценить риски появления неисправностей в конструктивах токамака реального. Это фантастически интересно и полезно.

Часто нам, термоядерному сообществу, задают такой вопрос: в термоядерные исследования сейчас вкладываются большие средства, но отдачу — в виде термоядерной электростанции — человечество получит еще не скоро. А окупается ли как-то термояд уже сегодня? На этот вопрос, по-моему, ответ утвердительный. Например, проекту ITER общество обязано появлением и/или развитием многих ключевых технологий. Если говорить о России, то яркий пример — производство сверхпроводников. До того как поступил заказ от ITER, сверхпроводниковая промышленность в нашей стране находилась в зачаточном состоянии. Однако российские специалисты смогли изготовить для ITER лучшие в мире сверхпроводники, и теперь направление активно развивается. Фактически создана промышленность сверхпроводников, которая «тянет» за собой другие технологии.

Другой пример — гиротроны. Это уникальные источники мощного микроволнового излучения, которые в ITER отвечают за электронно-­циклотронный нагрев. Россия поставляет треть гиротронов для проекта, то есть восемь систем. Заказ от ITER обеспечил принципиальное развитие гиротронных технологий, были решены сложнейшие научные и инженерные задачи, а сам проект стал для исполнителей — ИПФ РАН и НПП «ГИКОМ» — визитной карточкой, залогом высокого качества продукции. Сейчас Россия изготавливает гиротроны для термоядерных установок и других сфер: область применения этих устройств широка, от науки и технологических процессов до медицины.

Также, например, НИИЭФА изготавливает для ITER коммутирующую аппаратуру, токопроводы, энергопоглощающие резисторы для электропитания и защиты сверхпроводящей магнитной системы. Это одна из самых сложных и дорогих систем из тех, которые Россия делает для проекта. Быстродействующая коммутирующая аппаратура больших мощностей может использоваться в крупных системах электроснабжения.

Тот же НИИЭФА совместно с другими предприятиями изготавливает для ITER сверхпроводящую катушку полоидального поля магнитной системы. В марте катушка прошла решающую стадию производства — была успешно завершена пропитка ее обмотки. Катушка обладает внушительными габаритами: ее диаметр — девять метров, масса — 200 тонн. В нее входят сверхпроводниковые двухслойные галеты, используются ниобий-­титановые сверхпроводники, произведенные на предприятиях Росатома. Катушка — уникальное изделие, ее изготовление потребовало разработки и совершенствования передовых технологий. Теперь созданные технологические участки можно использовать и для других больших задач. Одно из возможных применений таких катушек — магнитная сепарация (например, разделение изотопов урана в мощном магнитном поле), другое — обогащение руд методом флотации.

Кроме того, небольшие токамаки — идеальные установки для обучения студентов. На них можно исследовать разные направления, начиная от физики плазмы и заканчивая всем спектром инженерных решений и применения IT‑технологий. По опыту знаю, что вокруг термоядерных установок обычно образуются сильные научные коллективы.

Всё это говорит о том, что правильное использование возможностей, создаваемых термоядерными исследованиями, может дать большой экономический эффект в масштабах страны.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #7_2021