Instytut Kurchatowa przeprowadził fizyczne uruchomienie głęboko zmodernizowanego hybrydowego reaktora termojądrowego T-15MD. Stanowisko doświadczalne przeznaczone jest do badań i rozwoju obiecujących technologii, które mogą następnie znaleźć zastosowanie w projektach krajowych i międzynarodowych.
Uroczysta ceremonia
Wystrzelenie megajednostki T-15MD, zbudowanej w NRC "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. Również M. Miszustin zauważył, że stworzenie nowego niezawodnego i potężnego źródła energii przyczyni się do dalszego rozwoju wielu branż.
Prezes Instytutu Kurczatowa Michaił Kowalczuk powiedział, że rosyjska nauka jest w stanie dalej badać energię termojądrową. Wymaga to modernizacji bazy badawczo-produkcyjnej. W przeszłości nasz kraj był w stanie realizować takie projekty bez pomocy zagranicznej, samodzielnie wytwarzając wszystkie niezbędne produkty i komponenty.
Kierownictwo międzynarodowego projektu termojądrowego ITER obserwowało uruchomienie T-15MD za pośrednictwem łącza wideo. Dyrektor generalny Bernard Bigot podziękował rządowi rosyjskiemu za ogromną pomoc ze strony naszej jednostki ITER. Z kolei rosyjski przemysł otrzymał wdzięczność za wysoką jakość technologii wdrożonych we wspólnym projekcie.
Po głębokiej modernizacji
Pod koniec lat osiemdziesiątych w Instytucie Kurchatowa zbudowano ośrodek magnetycznego ograniczania toroidalnej plazmy T-15. W jego produkcji wykorzystano istniejące konstrukcje reaktora T-10M. Od 1988 r. na nowym obiekcie T-15 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. megajednostka T-15 przeszła pierwszą modernizację. Ukończono projekt reaktora, a także dostosowano program przyszłych badań. Teraz instalacja miała być wykorzystana do testowania 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 układ elektromagnetyczny, nową komorę próżniową itp. Zwiększone zapotrzebowanie na energię miał spełnić 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 do różnych celów.
Te środki pomogą ukształtować ostateczny wygląd megainstalacji T-15MD i uzyskać wszystkie niezbędne możliwości. Pełne uruchomienie, pozwalające na przeprowadzenie wszystkich niezbędnych eksperymentów, nastąpi w 2024 roku.
Nowe zasady
W trakcie modernizacji reaktor T-15MD otrzymał szereg nowych systemów, jednak jego ogólna architektura i zasady działania nie uległy zasadniczym zmianom. Tak jak poprzednio, tokamak musi tworzyć i utrzymywać włókno plazmy za pomocą pola magnetycznego. Reaktor wytwarza włókno o współczynniku kształtu 2, 2 i prądzie plazmy 2 MA w polu magnetycznym 2 T. Czas pracy ciągłej - 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 hybrydowy. W specjalnych przegródkach w tzw. proponuje się, aby koc umieścić paliwo jądrowe - jako to stosuje się tor-232. Podczas pracy reaktora paliwo musi opóźniać strumień neutronów o wysokiej energii emanujący z przewodu. W tym przypadku tor-232 ulega transmutacji 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 korzyści wiążą się z faktem, że tor występuje w skorupie ziemskiej w większej ilości 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. Innym przypadkiem zastosowania elektrowni hybrydowej jest budowa elektrowni. W takim przypadku w kocu musi krążyć chłodziwo, co zapewnia transfer energii do generatora.
Tak więc opracowany i wdrożony wygląd reaktora hybrydowego pozwala na rozwiązanie kilku problemów jednocześnie. Może być używany do wytwarzania energii, a także do uwalniania paliwa jądrowego lub przetwarzania odpadów. Naukowcy muszą 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. Pozwala to projektować nowe, wydajniejsze reaktory, a także przeprowadzać eksperymenty z myślą o uzyskaniu rzeczywistych wyników technicznych, energetycznych i ekonomicznych. To zadania, które można rozwiązać przy pomocy zmodernizowanej megainstalacji hybrydowej T-15MD.
Fizyczny rozruch nowego reaktora już się odbył, ale jego pełnoprawna i pełnowymiarowa eksploatacja będzie możliwa dopiero w 2024 r., kiedy zakończy się produkcja i instalacja nowych systemów. Oznacza to, że w połowie dekady będą eksperymenty, które dostarczą niezbędnych informacji. Umożliwi określenie najbardziej opłacalnych sposobów rozwoju całego kierunku i to 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 zakończą się pożądanymi wynikami, dzięki którym ludzkość otrzyma zupełnie nowe źródło energii, a Rosja po raz kolejny pokaże najwyższy potencjał swojej nauki.
