Tokamak T-15MD. Nové příležitosti pro ruskou a světovou vědu
Kurchatovův institut dokončil fyzické spuštění hluboce modernizovaného hybridního termonukleárního reaktoru T-15MD. Experimentální zařízení je určeno pro výzkum a vývoj perspektivních technologií, které lze následně využít v domácích i mezinárodních projektech.
Slavnostní obřad
Spuštění megainstalace T-15MD, postavené v Národním výzkumném centru „Kurčatovův institut“, se uskutečnilo 18. Vzhledem k vysokému významu tohoto projektu bylo spuštění uskutečněno v rámci slavnostního ceremoniálu za účasti premiéra Michaila Mišustina, ministra školství a vědy Valerije Falkova a dalších představitelů. Hosté byli pověřeni stisknutím symbolického tlačítka start.
Reaktor T-15MD je podle premiéra důkazem vysoké technologické úrovně naší země. Jeho uvedení bylo obrovskou událostí nejen pro Rusko, ale pro celý svět. M. Mishustin také poznamenal, že vytvoření nového spolehlivého a výkonného zdroje energie přispěje k dalšímu rozvoji mnoha průmyslových odvětví.
Michail Kovalčuk, prezident Kurčatovova institutu, řekl, že ruská věda je schopna pokračovat ve výzkumu termonukleární energie. K tomu je nutné modernizovat vědeckou a výrobní základnu. V minulosti byla naše země schopna realizovat takové projekty bez zahraniční pomoci a samostatně vyrábět všechny potřebné produkty a komponenty.
Start T-15MD sledovalo prostřednictvím video spojení vedení mezinárodního termonukleárního projektu ITER. Generální ředitel Bernard Bigot poděkoval ruské vládě za velkou pomoc naší divize ITER. Ruskému průmyslu se zase dostalo poděkování za vysokou kvalitu technologií zavedených v celém projektu.
Po hluboké modernizaci
Toroidní zařízení T-15 pro magnetické zadržení plazmatu bylo postaveno v Kurchatovově institutu na konci 10. let. Při jeho výrobě byly použity stávající konstrukce reaktoru T-1988M. Od roku 15 byly v novém zařízení T-XNUMX prováděny různé experimenty s plazmovým zadržením. V té době byla sovětská instalace jednou z největších a nejvýkonnějších na světě.
Přes všechna úskalí té doby probíhal pravidelný výzkum až do poloviny devadesátých let. V letech 1996-98 megainstalace T-15 prošla první modernizací. Byl dokončen návrh reaktoru a upraven byl i program budoucího výzkumu. Nyní bylo plánováno, že instalace bude použita k vývoji řešení a nápadů navržených pro implementaci v mezinárodním projektu ITER.
V roce 2012 byl reaktor T-15 dočasně vyřazen z provozu kvůli plánům na hloubkovou modernizaci. V rámci tohoto projektu měl tokamak dostat nový elektromagnetický systém, novou vakuovou komoru a tak dále. Zvýšenou potřebu energie měl zajistit nový napájecí systém. Ve skutečnosti se jednalo o radikální restrukturalizaci stávající instalace s výměnou všech klíčových systémů.
Hlavní modernizace reaktoru v rámci projektu T-15MD byla dokončena v loňském roce, poté byly zahájeny práce na uvedení do provozu. Nedávno byl proces aktualizace úspěšně dokončen – a došlo k fyzickému spuštění. Proces rozvoje vědecké a technické základny se přitom nezastavuje. V dubnu vyšlo najevo, že v letech 2021-24. Stávající tokamak bude doplněn o nové systémy pro různé účely.
Tyto činnosti pomohou vytvořit konečný vzhled megainstalace T-15MD a získat všechny potřebné schopnosti. Plné uvedení do provozu, které umožní provedení všech nezbytných experimentů, proběhne v roce 2024.
Nové principy
Během modernizace dostal reaktor T-15MD řadu nových systémů, ale jeho obecná architektura a principy fungování nedoznaly zásadních změn. Stejně jako dříve musí tokamak vytvořit a udržovat plazmový sloupec pomocí magnetického pole. Reaktor tvoří vlákno se stranovým poměrem 2,2 a plazmovým proudem 2 MA v magnetickém poli 2 T. Doba nepřetržitého provozu je až 30 s.
Modernizace 2021-24 proběhne ve dvou etapách. V rámci první budou na T-15MD instalovány tři vstřikovače rychlých atomů o celkovém výkonu 6 MW a pět 5 MW gyrotronů. Poté bude představen systém nižšího hybridního ohřevu a udržování proudu plazmatu a dále systém iontově-cyklotronového ohřevu o výkonu 4, respektive 6 MW.
V důsledku modernizace se z reaktoru stal hybridní. Ve speciálních přihrádkách v tzv. je navrženo umístění jaderného paliva - thorium-232. Během provozu reaktoru musí palivo zpomalit tok vysokoenergetických neutronů vycházejících z provazce. V tomto případě se thorium-232 transmutuje na uran-233.
Výsledný izotop lze použít jako palivo pro jaderné elektrárny. V této roli není horší než tradiční uran-235, ale je příznivě srovnatelný s kratším poločasem rozpadu odpadu. Další výhody jsou spojeny se skutečností, že thorium je běžnější v zemské kůře a výrazně levnější než uran.
K transmutaci vysoce aktivního odpadu lze teoreticky použít i hybridní tokamak. Uran-238 nebo jiné složky vyhořelého jaderného paliva mohou být přeměněny na jiné izotopy, vč. na výrobu nových palivových souborů. Další možností využití hybridní instalace je stavba elektrárny. V tomto případě musí v dece cirkulovat chladicí kapalina, která zajišťuje přenos energie do generátoru.
Návrh a realizace hybridního reaktoru tak umožňuje řešit několik problémů najednou. Lze jej využít k výrobě elektřiny, stejně jako k výrobě jaderného paliva nebo zpracování odpadu. Vědci budou muset potvrdit reálnost takového provozu reaktoru a také určit jeho skutečný výkon vč. hospodářský.
Cíle a perspektivy
Hlavní konstrukční řešení tokamaku a principy jeho fungování jsou dobře prostudované a propracované. To umožňuje navrhovat nové, účinnější reaktory a také provádět experimenty zaměřené na získání skutečných technických, energetických a ekonomických výsledků. Právě tyto úkoly lze vyřešit pomocí modernizované hybridní megainstalace T-15MD.
Fyzické spuštění nového reaktoru proběhlo, ale jeho plnohodnotný a plnohodnotný provoz bude možný až v roce 2024, kdy bude dokončena výroba a instalace nových systémů. To znamená, že již v polovině dekády proběhnou experimenty, které poskytnou potřebné informace. Umožní určit nejvýnosnější způsoby rozvoje celé oblasti nejen v rámci ruské vědy, ale i v rámci mezinárodního programu ITER.
Naši vědci tak dostávají nejmodernější vědecké vybavení a s ním i možnost pokračovat v odvážných experimentech s výhledem do budoucnosti. Je dost možné, že tentokrát bude dokončen nový výzkum s požadovanými výsledky, díky nimž lidstvo získá zásadně nový zdroj energie a Rusko opět ukáže nejvyšší potenciál své vědy.
- Ryabov Kirill
- "Rosatom", vláda Ruské federace
informace