Hi-Tech новости 30 Июня 2011 года
Данная новость была прочитана 4202 раза

ITER против IGNITOR

Для привлечения в Россию ведущих мировых учёных правительством решено построить новые установки. Скорее всего, это будут итальянский токамак Игнитор и коллайдер NICA из Дубны. К ним наверняка добавится синхротронный источник MARS в Курчатнике и одна установка появится в Санкт-Петербурге или Сибири.

Основным конкурентом Игнитору являетсмя проект ITER, начавшийся в 1985 году. Важным его недостатком является то, что в качестве полноценной электростанции он использоваться не будет. Для этого готовят реактор следующего поколения DEMO , но для него необходимы большие финансовые затраты, а также изотоп водорода – тритий в больших количествах.

Тритий планируется вырабатывать на ITER, но технология ещё требует детальной разработки и апробации. При этом DEMO также не станет коммерческим реактором – эта роль в европейской термоядерной программе предназначена уже PROTO – гипотетическому образцу электростанций будущего, который появится во второй половине века.

В основе ITER лежит концепция токамака – тороидальной камеры с магнитными катушками, предложенная Игорем Таммом и Андреем Сахаровым и воплощённая в реальность командой Льва Арцимовича. Токамак – не единственный вариант конструкции термоядерной установки. Значительные силы и средства тратятся на технологии инерциального удержания, в которых плазма должна поджигаться лазерами. Ключевой американский термоядерный проект National Ignition Facility построен именно по этой схеме, он заработал в конце 2009 года, но в процессе выявилась масса проблем. Третий тип конструкции, так называемый стелларатор, опробуют в Германии на установке Wendelstein 7-X, но строительство сильно затянулось.

Игнитор – предложенный в 1977 году проект токамака, альтернативный ITER и нацеленный примерно на тот же результат – достижение сколько-нибудь продолжительной термоядерной реакции с положительным балансом энергии. Главное здесь – зажечь (англ. ignite) находящуюся внутри тора плазму и выйти на режим её "горения", когда поддержание температуры осуществляется за счёт самой реакции. Проект ITER в нынешнем виде не будет опираться на самоподдерживающееся горение. Там лишь планируется генерировать в 10 раз больше энергии, чем затрачивать на разогрев плазмы извне. Для Игнитора выход на режим «горения» принципиален.

модель
ITER и IGNITOR. Сравнительный масштаб. Источник: документация проекта Ignitor

 

По мысли основателя проекта, профессора MIT Бруно Коппи (Bruno Coppi ), "горение" плазмы в сильном магнитном поле – единственный путь к коммерческой термоядерной энергетике. За свою долгую карьеру Коппи построил в MIT несколько прототипов Игнитора, последний из которых – машина Alcator C-mod с самым сильным магнитным полем среди всех термоядерных экспериментальных установок. Игнитор должен быть ещё мощнее, при этом значительно компактней ITER. Радиус его плазменного тора всего 1,3 метра. Проект разработан в Италии, на родине Коппи, на деньги итальянского правительства.

Основная сложность, связанная с Игнитором, касается предлагаемой технологии нагрева и зажигания. Чтобы началась термоядерная реакция синтеза гелия, надо нагреть смесь дейтерия и трития – горячую плазму – до температуры свыше 100 миллионов градусов. При такой температуре любое соприкосновение со стенками камеры недопустимо, поэтому плазма удерживается вдали от них сильнейшим магнитным полем.

Это поле позволяет применять в токамаках технологию омического нагрева. Магнитные поля посредством индукции создают в плазме мощный ток, и она, обладая сопротивлением, нагревается. Парадокс, однако, заключается в том, что в плазме по мере нагрева падает сопротивление и, следовательно, эффективность омического нагрева. Получается, омический нагрев ограничивает сам себя (так говорится, например, на сайте ITER). Поэтому в ITER планируется сочетать его с двумя другими методами – волновым нагревом и инжекцией быстрых нейтральных атомов. А вот Игнитор рассчитан в первую очередь на омический нагрев.

"Игнитор – отличная возможность провести интересный эксперимент, но это тупиковый путь", – говорит Стив Каули (Steven Cowley), директор UK Atomic Energy Authority, под началом которой работает крупнейший на сегодня токамак JET. Коппи на это отвечает, что потенциал у омического нагрева гораздо выше, чем считают большинство его коллег.

вклейка
В презентации директора ТРИНИТИ В. Черковца итальянский токамак уже вписан в российские пространства

Первое обсуждение совместного проекта состоялось между Коппи и Велиховым в 2004 году. Наш академик предложил использовать имеющуюся инфраструктуру ТРИНИТИ – Троицкого института инновационных и термоядерных технологий. Там под его руководством в советские годы был создан ТСП – токамак с сильным полем, несколько напоминающий Игнитор. Тот проект был заморожен, но площадка и коммуникации ТРИНИТИ наилучшим образом подходят для нового строительства, уверяет директор института Владимир Черковец.

Коппи начал продвигать проект на родине. В результате после долгих переговоров в 2010 году в присутствии Владимира Путина и Сильвио Берлускони был подписан меморандум о сотрудничестве.

Предполагается, что российская и итальянская стороны поровну разделят финансирование, сам токамак будет изготовлен в Италии и собран в России.

Стоимость проекта составит порядка 250 миллионов евро, но окончательных сумм никто не называл.

 Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам strf.ru.