Нур-Султан

Алматы

Прототип термоядерного реактора будущего

21 февраля 2020, 10:321223



В конце прошлого года в атомной отрасли Казахстана состоялось историческое событие – пуск казахстанского материаловедческого токамака КТМ, предваряющий старт началу работ по выводу этой уникальной установки на проектные мощности.

За последние 10 лет в мировой практике физические пуски установок типа токамак подобного масштаба не осуществлялись, что подкрепляет интерес мирового научного сообщества к проведению казахстанских исследований. 

– В новейшей истории Национального ядерного центра РК появилась важная дата – 20 ноября 2019 года. Именно в этот день был получен плазменный разряд, удовлетворяющий требованиям второго и заключительного этапа физического пуска уникальной электрофизической установки КТМ. Реализация физического пуска является значимым событием и ответственным отчетным этапом, позволяющим дать старт началу работ по выводу установки КТМ на полномасштабные проектные режимы, – отмечает генеральный директор НЯЦ РК Эрлан Батырбеков. 

 

Из истории проекта 

Проект «Создание казахстанского материаловедческого токамака КТМ» реализуется в Курчатове в соответствии с решением правительства в поддержку программы создания международного термоядерного экспериментального реактора ITER, а также для развития в Казахстане современной науки и технологий, подготовки научных и инженерных кадров высокой квалификации. 

– Это первый в мире специализированный токамак, предназначенный для испытания функциональных и конструкционных материалов будущей термоядерной энергетики. С 1999 по 2003 год нами были выполнены предпроектные и проектные работы по созданию комплекса, – рассказывает Эрлан Батырбеков. – Строительно-монтажные работы на площадке начались в 2003 году, а 2008 году была поставлена установка КТМ. В 2010 году завершился ее монтаж. К этому времени проект был реализован практически на 80%. К сожалению, в 2011 году в связи с различными причинами финансирование проекта прекратилось. Но основная сложность заключалась в неготовности действующего законодательства РК к реализации подобных сложных и наукоемких проектов – в отсутствии нормативов и механизмов разработки и корректировки проектно-сметной документации для таких специфических объектов. Новая веха в истории проекта началась в 2013 году. Усилиями РГП НЯЦ при поддержке Министерства энергетики была проделана огромная работа по корректировке и продвижению предпроектной и проектной документации. Также был разработан пакет документов, необходимый для проведения пуско-наладочных работ и ввода комплекса в эксплуатацию. Были получены положительные заключения экспертиз и госорганов.  

В 2016 году было принято решение о завершении проекта из средств республиканского бюджета РК. И 9 июня 2017 года в преддверии открытия ЭКСПО-2017 силами специалистов Национального центра  и НИЦ «Курчатовский институт» (Россия) был успешно реализован 1-й этап физического пуска токамака. Стенд, посвященный КТМ,  был размещен в национальном павильоне ЭКСПО-2017 и стал одним из центральных объектов выставки. А в 2018 году строительно-монтажные работы были завершены. 

 

Получен плазменный разряд

В соответствии с Приказом Комитета госимущества и приватизации Министерства финансов стендовый комплекс токамака был передан на баланс Национального ядерного  центра. Собственными силами и за счет собственных средств НЯЦ проделал большую работу по наладке и доводке оборудования основных технологических систем комплекса. Также были приобретены необходимые для проведения пуско-наладочных работ и эксплуатации комплекса приборы и инструменты, материалы и оборудование. В составе технологических систем комплекса введено в эксплуатацию уникальное, не имеющее аналогов в мире оборудование. А 20 ноября 2019 года был получен плазменный разряд. 

– В процессе экспериментов была проведена отработка начальной фазы сценария плазменного разряда и получения пробоя, а также отработка сценария развития плазменного шнура и достижение параметров плазменного разряда соответствующих расчетным значениям. В качестве рабочего газа использовался водород. Основные цели заключительного этапа физического пуска токамака КТМ были достигнуты, – сообщил Э. Батырбеков.  

В работе приняли участие специалисты центра, Курчатовского комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», при методической поддержке НИИЭФА им. Д.В. Ефремова. Второй этап физического пуска установки КТМ является завершающим этапом ввода в эксплуатацию и первым этапом по выводу установки КТМ на проектные параметры.

 

Управляемый синтез и энергия солнца 

Токамаки – это одни из самых сложных электрофизических установок в мире и предназначаются для исследований в области управляемого термоядерного синтеза. На сегодняшний день установка этого типа признана наиболее перспективным прототипом термоядерного реактора будущего. Предполагается, что первая установка, которая вплотную приблизит человечество к коммерческому получению энергии на основе управляемого термоядерного синтеза, будет ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Проект реализуется в настоящий момент усилиями многих стран мира в Кадараше (Франция). Как считают ученые, освоив реакцию управляемого термоядерного синтеза, человечество получит практически неиссякаемый, экологически чистый источник энергии. 

– Даже в случае возникновения самой тяжелой аварии экологическая обстановка за пределами площадки термоядерного реактора не изменится, – уверяют специалисты НЯЦ РК. – В процессе работы такого реактора не образуется долгоживущих радиоактивных веществ, в отличие от атомных реакторов. 

В термоядерном реакторе протекает реакция, аналогичная той, что протекает в недрах Солнца. 

 

Реализация научных проектов  

В 2020 году начинается работа по выводу установки КТМ на проектные параметры разряда в омическом режиме. 

– Работы по выводу установки на полномасштабный проектный режим будут реализованы в рамках программы АТОМ-СНГ и соответствующего соглашения о совместном использовании токамака КТМ странами СНГ, – сообщил Эрлан Батырбеков. – Завершение этих работ планируется в 2023 году. 

Одновременно с этим в Казахстане на ежегодной основе реализуется программа «Научно-техническое обеспечение экспериментальных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке КТМ». Проводятся исследования, позволяющие развивать и продвигать технологии управляемого термоядерного синтеза, развивать фундаментальную науку в области физики плазмы, материаловедения, а также другие работы. Реализация программы позволяет развивать и сохранять компетенции соответствующих научно-технических сотрудников центра, – рассказала начальник управления научно-аналитической информации и международного сотрудничества РГП НЯЦ РК Наталья Утенкова. 

Комплекс КТМ можно назвать уникальной кузницей кадров, требующей, помимо научных сотрудников, многочисленной команды высококвалифицированных инженерно-технических специалистов. Они работают с уникальными, технологически сложными системами комплекса и впоследствии успешно защищаются научно-квалификационные работы на соискание различных ученых степеней в отечественных и зарубежных вузах. 

 

Контакты и контракты  

Благодаря своим уникальным техническим характеристикам, не имеющим аналогов в мире, токамак КТМ востребован международным научным сообществом. С 2004 года успешно выполняется межправительственное соглашение по управляемому термоядерному синтезу с ЕВРАТОМ, в рамках которого подписаны меморандумы о сотрудничестве с ведущими научными центрами Европы: ENEA (Италия) и CIEMAT (Испания). 

Кооперация с Российской Федерацией осуществляется в соответствии с планом-графиком работ по мирному использованию атомной энергии, подписанным президентами двух стран. Успешно реализуются соглашения о научно-техническом сотрудничестве НЯЦ РК с аналогичными центрами в России и Беларуси. С 2012 года в рамках комиссии АТОМ-СНГ создана рабочая группа, реализующая соглашение стран СНГ о совместном использовании токамака КТМ, подписанное Россией, Казахстаном, Беларусью, Арменией, Кыргызстаном и Таджикистаном.  

– На 2019-2020 годы в рамках совместных исследований РК и РФ запланированы и успешно реализуются несколько направлений работ по токамаку. Среди них – проведение исследований по физике плазмы КТМ, исследования и реализация новых инновационных технологий и отработка режимов работы токамака КТМ, развитие системы автоматизации, управления и сбора данных и другие, –рассказала Наталья Утенкова. –  Все это стало возможно, благодаря реализации программы совместных научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2018-2020 годы, утвержденной решением Экономического совета СНГ. 

Немаловажным событием стало также подписание 11 июня 2017 года соглашения о сотрудничестве между НЯЦ РК и Международной организацией ITER, которое создает основу для использования токамака КТМ для испытаний перспективных конструкционных и функциональных материалов ТЯР, которые будут применяться в ITER. В рамках этого соглашения заключены два коммерческих контракта и реализуется конкретная работа по испытанию на исследовательской базе центра материалов и оборудования, используемого при создании установки ITER.

 

Чистая энергетика с неиссякаемыми ресурсами  

В конечном итоге реализация проекта по созданию казахстанского материаловедческого токамака КТМ и проведение совместных исследований на нем позволят получить республике доступ к инновационным технологиям управляемого термоядерного синтеза, заложить основы решения задач современной атомной энергетики. В числе которых – создание новых материалов, утилизация ядерных отходов и многое другое. 

В краткосрочной перспективе основной эффект будет получен за счет развития смежных отраслей и областей промышленности, которые будут вовлечены в процесс реализации проекта. Буден дан существенный импульс для развития электроэнергетической, металлургической, машиностроительной, обрабатывающей, химической и других отраслей промышленности. 

– Наряду с этим, участие в проекте позволит приобрести уникальный опыт и сформировать команду высококвалифицированных специалистов – основу индустриально-инновационного развития любой страны мира, – отмечает Эрлан Батырбеков. – В среднесрочной перспективе реализация проекта позволит привлечь зарубежных инвесторов из таких стран, как Франция, Великобритания, США, Италия, Испания, Германия, Япония, Южная Корея и Китай, для реализации совместной программы работ по испытанию технологий, методик и материалов будущих термоядерных реакторов.   

Предполагается, что в долгосрочной перспективе положительный эффект будет получен за счет внедрения в странах-участницах готовых технологий на основе управляемого термоядерного синтеза – инновационной, экологически чистой энергетики с практически неиссякаемыми ресурсами. В настоящее время разрабатывается программа совместных исследований на токамаке КТМ на 2021-2023 годы, утверждение которой предполагается на заседании Экономического совета СНГ в 2020 году.


Ольга СИЗОВА, Усть-Каменогорск 

комментарии
Авторизуйтесь на сайте,чтобы писать комментарии!

2006 - 2021 © Деловой Казахстан. 16+