Реактор Т-15 — советский и российский исследовательский термоядерный реактор, созданный в Курчатовском институте по проекту Токамак.
| Т-15 | |
|---|---|
| Годы эксплуатации | 1988 по настоящее время |
| Внешний радиус | 2,43 м |
| Внутренний радиус | 0,75 м |
| Магнитное поле | 3,6 Тл |
Предыстория
правитьРеактор 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
правитьПосле 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.
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)
правитьК 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]. Впервые устойчивая термоядерная плазма была создана на Т-15МД в апреле 2023 года, ещё через четыре месяца впервые прошли испытания энергетического пуска[8]. Полностью модернизация будет завершена в 2024 когда будут завершена реконструкция всех систем.
Технические характеристики
править| 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 |
Температура плазмы на Т-15МД достигает 9 КэВ (около 100 млн градусов), а плотность плазмы — 1014 частиц на см³[8].
На установке использовался сверхпроводящий ниобий-оловянный тороидальный магнит, на момент запуска реактора он был крупнейшим в мире.
Примечания
править- ↑ Российский термоядерный реактор запустят в 2020 году. Naked Science (1 июня 2019). Дата обращения: 20 мая 2020. Архивировано 31 октября 2020 года.
- ↑ Наталия Лескова. Токамак раскроет тайны горячей плазмы // В мире науки. — 2019. — № 4. — С. 46—51.
- ↑ 1 2 Третий путь атомной энергетики: токамака Т-15. Популярная механика. Дата обращения: 20 мая 2020. Архивировано 24 октября 2020 года.
- ↑ Роман Фишман. Третий путь атомной энергетики // Популярная механика. — 2019. — № 9. — С. 40—45.
- ↑ 1 2 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
- ↑ 1 2 Янина Хужина Маленькое Солнце на Земле // В мире науки, 2021, № 4, с. 34 - 41
- ↑ Мишустин принял участие в церемонии пуска токамака Т-15МД в Курчатовском институте. ТАСС. Дата обращения: 19 мая 2021. Архивировано 18 мая 2021 года.
- ↑ 1 2 Васильев, 2023, с. 27.
- ↑ Российское поколение ТОКАМАКов. Дата обращения: 25 января 2019. Архивировано 25 июля 2019 года.
Литература
править- Васильев С. Энергия на длинную дистанцию // Наука и жизнь. — 2023. — № 10. — С. 21—36.
Ссылки
правитьЭто заготовка статьи о ядерной физике. Помогите Википедии, дополнив её. |