Перейти к содержанию

Т-15 (реактор)

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Шаблон:Термоядерный реактор Реактор Т-15 — советский и российский исследовательский термоядерный реактор, созданный в Курчатовском институте по проекту Токамак.

Предыстория

Реактор Т-15 достиг своей первой плазмы в 1988 году. С 1996 по 1998 год был выполнен ряд улучшений. Исследования должны быть направлены в первую очередь на поддержку конструкции реактора ИТЭР, в которой используется та же технология — сверхпроводящие магниты.

С января 2005 года из-за нехватки финансов эксперименты были приостановлены. С 2012 г. проходит модернизацию, окончить которую планируется в декабре 2020 года[1][2].

В проекте ИТЭР у каждой страны, в нём участвующей, должен быть собственный токамак. На нём отрабатываются те или иные элементы будущего большого международного реактора. В качестве этого токамака для России выступил Т-15МД, который работает «в режиме ITER»[3].

Модернизированный реактор Т-15МД

После модернизации реактор Т-15МД может использоваться как гибридная установка: токамак служит источником нейтронов для начала ядерной реакции в ториевой оболочке[4].

Данная модернизация включает в себя создание с нуля новой электромагнитной системы и вакуумной камеры, а также новой мощной системы электропитания. Это, по сути, является созданием практически полностью нового токамака[3].

В ходе модернизации реактор Т-15МД получил ряд новых систем, однако его общая архитектура и принципы работы не претерпели принципиальных изменений. Как и ранее, токамак должен создавать и поддерживать при помощи магнитного поля плазменный шнур. Реактор образует шнур с аспектным отношением 2,2 и током плазмы 2 МА в магнитном поле 2 Т.

Модернизация 2021-2024 годах пройдёт в два этапа.

Первый этап модернизации (2020 год[5][6])

В рамках первого на Т-15МД установят

  • 3 инжектора быстрых атомов общей мощностью 6 МВт
  • 5 гиротронов общей мощностью 5 МВт

По результатам модернизации реактор стал гибридным. В специальных отсеках в т.н. бланкете предлагается размещать ядерное топливо – в его качестве используется торий-232. При работе реактора топливо должно задерживать исходящий от шнура поток нейтронов высокой энергии. При этом торий-232 трансмутирует в уран-233.

Получившийся изотоп можно использовать в качестве топлива для атомных электростанций. В этой роли он не уступает традиционному урану-235, но выгодно отличается меньшим периодом полураспада отходов. Дополнительные преимущества связаны с тем, что торий более распространён в земной коре и существенно дешевле урана.

Гибридный токамак может использоваться

  • для трансмутации высокоактивных отходов
  • производства ядерного топлива: уран-238 и другие компоненты отработанного ядерного топлива можно преобразовывать в другие изотопы, в т.ч. для производства новых топливных сборок (ТВЭЛ) для АЭС.
  • в качестве АЭС, в этом случае в бланкете должен циркулировать теплоноситель, обеспечивающий передачу тепловой энергии турбогенератору.

Второй этап модернизации (2024 год)

К 2024 году внедрят:

  • систему нижнегибридного нагрева и поддержания тока плазмы мощностью 4 МВт
  • систему ионно-циклотронного нагрева мощностью 6 МВт

Модернизированный реактор Т-15МД был запущен в декабре 2020 года[5][6], торжественная церемония его запуска состоялась 18 мая 2021 года в Курчатовском институте[7].

31 марта 2023 года состоялся энергетический пуск Т-15МД. Была получена первая высокотемпературная плазма с температурой порядка миллиона градусов при длительности импульса 0,1 секунды.

15 декабря 2023 года в токамаке Т-15МД получен разряд с током плазмы 2,6*105 ампер длительностью более 2 секунд. Температура электронной компоненты плазмы составила примерно 40 млн градусов[8].

Полностью модернизация будет завершена в 2024 когда будут завершена реконструкция всех систем.

Технические характеристики

Т-15 Т-15МД ИТЭР
Магнитное поле 3,6 Тл 3,6 Тл[9] 5,3 Тл
Большой диаметр тора 4,6 м 4,9 м 12,4 м
Малый диаметр тора 1,4 м 1,4 м 4 м
Объём плазмы, м³ 50 50 837
Максимальная сила тока в плазменном шнуре, МА 1,8 2 15
Продолжительность импульса, с 15 30 >400

На установке использовался сверхпроводящий ниобий-оловянный тороидальный магнит, на момент запуска реактора он был крупнейшим в мире.

Литература

Примечания

  1. Российский термоядерный реактор запустят в 2020 году. Naked Science (1 июня 2019). Дата обращения: 20 мая 2020. Архивировано 31 октября 2020 года.
  2. Наталия Лескова. Токамак раскроет тайны горячей плазмы // В мире науки. — 2019. — № 4. — С. 46—51.
  3. Перейти обратно: 3,0 3,1 Третий путь атомной энергетики: токамака Т-15. Популярная механика. Дата обращения: 20 мая 2020. Архивировано 24 октября 2020 года.
  4. Роман Фишман. Третий путь атомной энергетики // Популярная механика. — 2019. — № 9. — С. 40—45.
  5. Перейти обратно: 5,0 5,1 Хвостенко П. П., Анашкин И. О., Бондарчук Э. Н., Инютин Н. В., Крылов В. А., Левин И. В., Минеев А. Б., Соколов М. М. Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез Том: 42 Номер: 1 Год: 2019 Страницы: 15-38
  6. Перейти обратно: 6,0 6,1 Янина Хужина Маленькое Солнце на Земле // В мире науки, 2021, № 4, с. 34 — 41
  7. Мишустин принял участие в церемонии пуска токамака Т-15МД в Курчатовском институте. ТАСС. Дата обращения: 19 мая 2021. Архивировано 18 мая 2021 года.
  8. Плазменный рекорд. сайт НИЦ «Курчатовский институт» (22.12.2023).
  9. Российское поколение ТОКАМАКов. Дата обращения: 25 января 2019. Архивировано 25 июля 2019 года.