ВАКУУМ ИЗ КОСМОСА НА ЗЕМЛЕ:
ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР-ТОКАМАК ИТЭР
Надёжное и дешёвое энергообеспечение — важнейшее условие динамичного социально-экономического развития. Доля энергоресурсов в общественно необходимых затратах, однако, не должна быть чрезмерной. По экспертным оценкам, превышение 10процентного уровня делает экономику неустойчивой.
В дискуссиях о мировой энергетике, нередких ныне в самых разных аудиториях, всё чаще звучит аббревиатура токамак. И это не дань преходящей техноязычной моде. Именно в управляемом термоядерном синтезе, уже несколько десятилетий олицетворяемом токамаками, многие видят одно из приоритетных направлений глобальной энергетики. Особый интерес вызывает строящийся ныне самый юный отпрыск в семействе токамаков — первый в истории экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР.
Напомним физические принципы термоядерной энергетики. В её основе лежит ядерная реакция синтеза в водородной плазме с температурой, почти десятикратно превышающей температуру в центре Солнца. От контакта со стенками плазму удерживает винтообразное магнитное поле; в качестве ядерного топлива используется смесь тяжёлых изотопов водорода — дейтерия и трития. Дейтерий содержится в обычной воде. Тритий получают в самом реакторе, используя природный литий. Его запасов в земной коре хватит на тысячелетия. В ходе термоядерной реакции синтезируется гелий и выделяется энергия, в миллионы раз большая, чем при химическом сгорании углеводородного топлива.
Коротко говоря, управляемый термоядерный синтез станет для человечества неисчерпаемым экологичным источником дешёвой энергии.
Для реализации этих возможностей, отработки соответствующих технологий и получения в опытно-промышленных масштабах термоядерной энергии и создаётся реактор ИТЭР.

Формирование инженерно-физической концепции ИТЭР завершено в 1987 г. Межправительственное соглашение о строительстве реактора подписано 21 ноября 2006 г. представителями Евросоюза, Индии, Китая, Республики Корея, России, США и Японии. С соблюдением определённых организационно-финансовых условий Проект открыт и для других стран. Научное руководство Проектом осуществляет Международный совет ИТЭР; строит реактор Международная организация ИТЭР (рис. 1). Сооружение реактора предваряла реализация обширной международной программы опытно-конструкторских разработок, сопутствующих исследований и испытаний. Для их координации в странах-участницах созданы национальные агентства ИТЭР.
В проектировании и изготовлении реактора участвуют свыше ста отечественных научных учреждений, опытно-конструкторских организаций и промышленных предприятий. Их совокупная доля в реализации Проекта составляет чуть более 9%. В квоту российских поставок входят компоненты важнейших систем реактора: катушка полоидального магнитного поля; патрубки вакуумной камеры; панели первой стенки; центральные блоки дивертора; силовая аппаратура и уникальное электротехническое оборудование; испытательный модуль жидкометаллического бланкета; приборы и системы диагностики плазмы. Функции главного конструктора с российской стороны возложены на НИИ электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова.

Реактор ИТЭР представляет собой уникальный энерготехнологический комплекс на основе токамака с однонулевым полоидальным дивертором (рис. 2).
В состав реактора входят электромагнитный, вакуумнотритиевый и диагностический комплексы, системы дополнительного нагрева плазмы и инженерного обеспечения, коммуникации и опорносиловые механические структуры. Его важной частью является также оборудование для сборки и дистанционного обслуживания.
Вакуумная камера служит первым барьером безопасности реактора. В ней формируется плазменный шнур и создаются физические условия, для инициирования и поддержания термоядерной реакции. Воспринимая штатные и аварийные механические нагрузки, камера выполняет также функции радиационной защиты катушек тороидального поля.

Камеру образуют: корпус; три пояса вакуумных патрубков; опорная конструкция; узлы для крепления внутрикамерных компонентов; муфты и фитинги системы водяного охлаждения (рис. 3).
Камеру в блоке с электромагнитной системой устанавливают на опоры под катушками тороидального поля. В её полости расположены заменяемые внутрикамерные компоненты (диверторные кассеты и модули бланкета); в патрубках размещены лимитеры, антенны для систем ВЧ и СВЧ нагрева плазмы, криосорбционные насосы и диагностические модули. Внутрикамерные компоненты воспринимают тепловые и, частично, корпускулярные потоки, излучаемые плазмой. Поглощаемое тепло отводится замкнутой системой водяного охлаждения, исключающей попадание в окружающую среду трития и активированных продуктов коррозии. Ветви этой системы могут быть использованы для прогрева камеры при вакуумном кондиционировании стенок.
Камера и электромагнитная система размещены внутри криостата. Они окружены тепловыми экранами, поддерживаемыми при температуре ~ 80 К. Экраны минимизируют теплообмен между сверхпроводящими катушками и остальными элементами конструкции.
Камера представляет собой тороид D-образного поперечного сечения из двух коаксиальных оболочек, соединённых рёбрами жёсткости. Межоболочечное пространство заполнено стальными пластинами для радиационной защиты катушек. С помощью рёбер формируются также каналы водяного охлаждения. При выходе из строя водяных насосов съём остаточного ядерного тепловыделения во внутрикамерных компонентах осуществляется водой, циркулирующей в межоболочечном пространстве в результате естественной конвекции. Полный вес камеры 5125 т.

Для укрупнительной сборки секторов вакуумной камеры совместно с катушками тороидального поля предусмотрены рабочие станции (рис. 4). Здесь сектор устанавливают вертикально, и к нему крепят элементы тепловой защиты. Затем с помощью подвижных опор на сектор слева и справа надвигают катушки тороидального поля.
Не будет преувеличением отметить, что почти весь мир с нетерпением и интересом ждет окончания работ и запуска реактора, что станет еще одним доказательством и торжеством человеческого разума и коллективной работы.
В. А. Беляков,
В. П. Муратов,
Г. Л. Саксаганский,
О. Г. Филатов
Научно-исследовательский институт
электрофизической
аппаратуры им. Д. В. Ефремова
(196641 Санкт-Петербург, пос.
Металлострой, дорога на
Металлострой, д.3; gruss@niiefa.spb.su)
Be the first to comment on "Вакуум из космоса на земле"