Эксперты обсуждают варианты конструкции будущей термоядерной энергетической установки

На семинаре-практикуме МАГАТЭ, состоявшемся в начале октября в Москве, Россия, предметом обсуждения стала конструкция будущей демонстрационной термоядерной энергетической установки (DEMO). В настоящее время исследователи разрабатывают различные концепции DEMO, которые должны доказать, что энергия термоядерного синтеза может быть использована для безопасной, бесперебойной и надежной выработки электричества.

Целью исследований в области термоядерного синтеза является использование энергии, выделяющейся при синтезе легких атомных ядер: аналогичный процесс происходит при выделении энергии звездами. В перспективе это обеспечит неистощимый, чистый и безуглеродный источник энергии. DEMO является важным этапом на пути от ИТЭР — масштабного международного проекта в области научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по термоядерному синтезу, в настоящее время являющегося крупнейшим в мире экспериментом по этому направлению, — к будущей экспериментальной термоядерной энергетической установке любой конструкции. ИТЭР не предназначен для производства электроэнергии. Его задача — впервые обеспечить чистую выработку энергии термоядерного синтеза; это означает, что 50 МВт тепловой энергии на входе должны дать 500 МВт энергии термоядерного синтеза на выходе. Концепцию крупномасштабного коммерческого производства электроэнергии за счет этого источника должна воплотить в жизнь будущая экспериментальная термоядерная энергетическая установка.

«Научно-техническая разработка технологий для DEMO требует координации усилий и сотрудничества на международном уровне, — говорит Элизабет Сарри, глава Отдела технологий Управления по атомной энергии Соединенного Королевства и председатель семинара-практикума. — Семинар-практикум МАГАТЭ по программе DEMO прокладывает путь к выработке общей «дорожной карты» для обеспечения производства электроэнергии с помощью термоядерного синтеза».

В этом семинаре-практикуме приняли участие около 60 экспертов из 14 стран, организации Европейского союза «Энергия термоядерного синтеза» и Организации ИТЭР. Эксперты посетили также Курчатовский институт, где в 1958 году была построена первая установка для проведения эксперимента по термоядерному синтезу — токамак T-1.

Перед разработчиками DEMO стоит множество задач, выходящих за рамки решений, которые должен обеспечить ИТЭР. Ожидается, что ИТЭР начнет функционировать к 2025 году и будет производить контролируемые реакции синтеза в виде длинных импульсов продолжительностью всего несколько сотен секунд каждый.

Конструкция DEMO должна обеспечивать возможность непрерывной или почти непрерывной работы. В DEMO защитная оболочка должна удерживать плазму на месте, сохраняя при этом ее плотность даже при более высоких температурах, чем в ИТЭР. Еще одной сложной задачей является недопущение перебоев в функционировании плазмы и поддержание ее стабильности в течение длительного периода времени.

«Присутствие ведущих представителей международного сообщества, занимающегося термоядерной проблематикой, и акцент на практических вопросах стабильности плазмы, материаловедения и влияния эксплуатационных условий делают семинар-практикум в этом году еще более ценным», — добавила г-жа Сарри.

Единого определения или конструкции электростанции DEMO не существует: разные группы исследователей придерживаются разных подходов. Однако эти подходы во многом схожи: установка DEMO должна представлять собой реактор типа токамак, в котором в качестве топлива используются дейтерий и тритий, и она должна быть более совершенной, чем ИТЭР.

В токамаке топливо нагревается до температуры, превышающей сто миллионов градусов. В результате образуется плазма, состоящая из свободно движущихся электронов и ионов. В таких экстремальных условиях происходит слияние положительно заряженных атомных ядер, что приводит к высвобождению энергии. Эти ядра сдерживаются магнитами токамака и поддерживают нагрев плазмы, в то время как 80 процентов энергии забирают нейтроны. Эти энергетические нейтроны попадают в стенки реактора, называемые бланкетами, и их энергия может быть использована для выработки электричества.

В ходе серии семинаров-практикумов МАГАТЭ, проходящих каждые два года, обсуждаются основные научно-технические проблемы, связанные с DEMO, и анализируются программы, задачи и различные возможные направления действий. Хотя у каждой страны могут быть свои приоритеты в области научных исследований, цель семинаров-практикумов заключается в координации взаимовыгодных усилий и содействии международному сотрудничеству.

Вся информация, касающаяся 6-го семинара-практикума МАГАТЭ по программе DEMO, включая презентации, доступна по ссылке.