Учёные НИЦ «Курчатовский институт» успешно провели один из самых ответственных этапов модернизации токамака — тороидальной установки для магнитного удержания плазмы. В его центр специалисты поместили 12-тонный индуктор, или электромагнит. Это устройство инициирует плазменный разряд в камере мегаустановки.

Ожидается, что раскаленная плазма поселится в «сердце» нового отечественного токамака Т-15МД в конце 2020 года, благодаря чему удастся решить целый ряд важных фундаментальных и прикладных задач.

На сегодняшний день существует несколько способов, позволяющих решить проблему управляемого термоядерного синтеза. Наиболее перспективный из них — использование магнитного поля для удержания высокотемпературной плазмы в камере, напоминающей по форме тор («бублик») в установках типа токамак, впервые в мире созданных в 1950-х гг. в Курчатовском институте. Такой способ используется и новейшей отечественной установке, которая сегодня создается в НИЦ «Курчатовский институт» совместно с ГК «Росатом».

Учёным Курчатовского института удалось успешно осуществить один из самых ответственных этапов в модернизации токамака. В центр мегаустановки был «опущен» 12-тонный индуктор — электромагнит, с помощью которого в камере будет создаваться плазма. Монтажные работы велись с большой осторожностью, нельзя было допустить малейшей неточности — расстояние между индуктором и стенками магнитной системы составляло всего сантиметр.

«После того, как по индуктору пускают переменный электрический ток, создается магнитное поле. Благодаря этому в камере токамака появляется вихревое электрическое поле, что приводит к пробою газа и росту тока в плазме. Иными словами, индуктор инициирует в камере плазменный разряд. Сколько работает индуктор, столько существует плазма в токамаке», — объяснил доктор технических наук, научный руководитель Курчатовского комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ «Курчатовский институт» Пётр Хвостенко.

По словам учёного, с помощью индуктора можно будет получить ток в плазме в 2 мегаампер.

«Мы находимся на завершающей стадии модернизации токамака. Самые сложные этапы — сборка электромагнитной системы, сборка вакуумной камеры высотой 3,5 м и обеспечение её герметичности, наконец, установка индуктора — позади. Чуть позже мы полностью закроем камеру для вакуумной откачки. К концу текущего года мы подключим установку ко всем внешним коммуникациям. В следующем году планируется осуществить физический пуск установки», — сообщил Пётр Хвостенко.

Токамак Т-15МД является прототипом будущей большой установки – гибридного реактора, на котором можно будет решить проблему замыкания топливного цикла в атомной энергетике. По словам учёного, токамаки как источники термоядерных нейтронов позволят эффективно возобновлять топливо для атомных тепловых станций.

«Гибридный реактор будет генерировать термоядерные нейтроны, которые облучают топливо, окружающее плазму. В качестве топлива будет использован торий-232, которым богата земная кора. После его облучения нейтронами мы получим уран-233, который и станет топливом для атомных станций», — пояснил Пётр Хвостенко.

Среди фундаментальных задач, которые можно решить с помощью токамака как мегаустановки, — изучение физики плазмы — самого сложного и непонятного состояния вещества. В новейшей Курчатовской установке Т-15МД плазма будет нагреваться до 30–50 млн °C.

Учёные рассчитывают, что получить новые прорывные результаты им помогут уникальные характеристики токамака: достаточно низкое аспектное соотношение, то есть отношение величины большого радиуса плазменного шнура к малому радиусу. Такое свойство позволит исследователям получить высокое давление плазмы. По словам Петра Хвостенко, низким аспектным отношением и одновременно магнитным полем в 2 Тл не обладает на данный момент ни один другой токамак в мире.