Подготовка международной дорожной карты по созданию демонстрационной термоядерной энергетической установки

Реакции ядерного синтеза уже миллиарды лет протекают на Солнце, однако воспроизвести этот процесс на Земле и добиться при этом, чтобы он был управляемым и долговременным, — не простая задача. В отличие от деления, когда для получения энергии атомы расщепляются, при термоядерном синтезе энергия высвобождается, когда два более легких атомных ядра сливаются в одно более тяжелое ядро. Для энергетической установки на основе управляемого термоядерного синтеза должны выполняться три следующих условия:

• крайне высокие температуры (более чем в 10 раз выше, чем в центре Солнца), способствующие высокоэнергетическим столкновениям частиц на предельных скоростях;
• достаточная плотность частиц в плазме, где протекает реакция, для повышения вероятности столкновений;
• достаточная степень удержания плазмы, обеспечивающая непрерывное протекание реакций синтеза.

На сегодня наилучшие показатели удержания демонстрирует модель токамака — изобретенной в 1950-е годы установки в форме «бублика», в которой плазма удерживается мощными магнитами. Сейчас такие установки способны обеспечить необходимые для протекания ядерного синтеза плотность плазмы и температуру, что позволяет вырабатывать термоядерную энергию. В этом видеоролике объясняется принцип действия термоядерного реактора на основе токамака.

Для получения полезной энергии нынешние показатели удержания, т. е. насколько эффективно магнитное поле удерживает энергию плазмы, по-прежнему недостаточно высоки, поэтому требуется токамак большего размера, подобный ИТЭР. Что касается технических проблем подачи электроэнергии, полученной с помощью ядерного синтеза, в энергосеть, то они будут решаться на реакторе DEMO. Ряд стран уже изучают соответствующие возможности, а МАГАТЭ обеспечивает платформу для обмена информацией, содействуя этим исследованиям и развитию технологий.

Китай существенно продвинулся вперед в проектировании китайского термоядерного испытательного реактора (CFETR), который станет промежуточным звеном между ИТЭР и DEMO. Сооружение CFETR может начаться около 2020 года, после чего в 2030-е годы будет построена установка DEMO.

В Наке, Япония, на условиях привилегированного партнерства «Масштабный подход» (Broader Approach Activities) Европейский союз и Япония совместно сооружают мощный токамак JT-60SA, который дополнит собой ИТЭР. Помимо строительства JT-60SA, в совместную программу входят два других проекта: «Инженерная валидация и проведение работ по инженерно-техническому проектированию для Международной установки по облучению материалов для термоядерного синтеза (IFMIF/EVEDA)» и «Международный центр исследований в области термоядерной энергии (IFERC)». В рамках данного партнерства реализуется комплексный подход, направленный на содействие проекту ИТЭР и подготовку к техническому проектированию и сооружению следующей установки — DEMO.

Индия объявила о своих планах приступить к сооружению приблизительно в 2027 году установки SST-2, предназначенной для разработки компонентов DEMO, а затем — к строительству самой установки DEMO в 2037 году.

Южная Корея в 2012 году начала разработку концептуального проекта установки K-DEMO, намереваясь начать ее строительство в 2037 году с возможным началом выработки электроэнергии к 2050 году. На первом этапе (2037–2050 годы) на K-DEMO будут разработаны и испытаны компоненты, которые затем на втором этапе, после 2050 года, будут использованы для демонстрации полезной выработки электроэнергии.

Россия планирует разработку гибридной установки деления-синтеза, термоядерного источника нейтронов (ДЕМО-ТИН), — реактора, в котором полученные в результате термоядерного синтеза нейтроны будут использоваться для преобразования урана в ядерное топливо и утилизации радиоактивных отходов. Начать строительство ДЕМО-ТИН планируется в 2023 году; данный проект является частью ускоренной стратегии России по созданию термоядерной электростанции к 2050 году.

Соединенные Штаты Америки рассматривают вопрос о реализации промежуточного этапа — создания научной термоядерной установки (FNSF), которую предполагается использовать для разработки и испытаний материалов и компонентов термоядерного реактора DEMO. В планах предусматривается начало ее эксплуатации в 2030 году, а строительство DEMO намечено на период после 2050 года.

С основными выводами и содержанием дискуссии, состоявшейся на семинаре-практикуме по программе DEMO, можно ознакомиться здесь.