В России подготовили технические проекты ключевых узлов прототипа термоядерного реактора
Если эта линия исследований окажется успешной, Россия сможет продвинуться к собственной альтернативной схеме термоядерного реактора — не на основе токамака, а на базе открытой магнитной ловушки.
Источник: П.А. Багрянский. 3D-модель ГДМЛ в полном объеме.
МОСКВА, 16 апреля. /Новости науки/. Физики из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН завершили технические проекты двух важнейших элементов будущей установки ГДМЛ — прототипа термоядерного реактора на основе открытой магнитной ловушки, сообщает пресс-служба Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН.
Речь идет о сверхпроводящей магнитовакуумной системе центральной секции и системе концевых расширителей. Эти работы стали важным шагом в создании новой российской экспериментальной машины для управляемого термоядерного синтеза.
Термоядерная энергетика считается одной из самых амбициозных целей современной науки. Идея состоит в том, чтобы получать энергию так же, как она рождается в недрах звезд: при слиянии легких атомных ядер. Если такую реакцию удастся надежно контролировать, человечество получит почти неисчерпаемый и сравнительно чистый источник энергии.
Проблема в том, что для этого топливо нужно нагреть примерно до ста миллионов градусов. При такой температуре вещество превращается в плазму, и удержать ее внутри реактора крайне сложно: она не должна касаться стенок установки и при этом должна сохранять нужные параметры достаточно долго.
Один из способов решить эту задачу — удерживать плазму магнитным полем. Именно на этом основаны все термоядерные установки. Наиболее известный путь — замкнутые системы, такие как токамаки. По этой схеме строятся международный проект ITER, китайский EAST, корейский KSTAR и российский ТРТ.
Но в ИЯФ СО РАН делают ставку на другой вариант — магнитные ловушки открытого типа. К ним относятся, например, американские проекты Norm и Hammir, а также российский Voyager, который компания «СуперОкс» развивает вместе с ИЯФ СО РАН. Установка ГДМЛ должна стать экспериментальной базой для отработки технологий, необходимых именно для такого реактора.
Преимущество открытых магнитных систем в том, что они инженерно проще и потенциально лучше подходят для работы не только на смеси дейтерия и трития, но и на альтернативном топливе, например дейтерий-дейтерий. Это особенно важно, потому что тритий производится в очень небольших количествах и строго контролируется, тогда как дейтерий дешевле и содержится в огромных объемах в обычной воде.
ИЯФ СО РАН давно считается одним из мировых пионеров в области открытых магнитных систем. В институте уже работают несколько установок этого типа — КОТ, ГДЛ, ГОЛ-NB и СМОЛА. Именно на них были получены важные результаты по нагреву и удержанию плазмы. Например, на ГДЛ удалось устойчиво нагреть плазму до 10 миллионов градусов, а на СМОЛЕ комбинация различных магнитных решений позволила в десятки раз уменьшить продольные потери частиц.
Новая установка ГДМЛ строится на основе этих достижений.
«Концептуально ГДМЛ представляет собой магнитную ловушку с диамагнитным удержанием. Эту базу мы дополняем всеми отечественными достижениями в области управляемого термоядерного синтеза: многопробочным удержанием плазмы, в том числе винтовым, нагревом с помощью атомарных инжекторов, СВЧ-нагревом с помощью гиротронов, технологиями сверхпроводимости и прочим», — приводятся в сообщении слова старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН Антона Судникова.
По его словам, после этого ученые рассчитывают, какие параметры плазмы нужны для демонстрации работы реактора такого типа, и уже под них создают технический проект будущей машины.
Над ГДМЛ работают более 60 физиков и инженеров из ИЯФ СО РАН, Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН, компании «СуперОкс» и других российских организаций. В 2025 году они завершили технические проекты основных элементов первой очереди установки.
Технический проект — это уже не общая идея, а детально проработанная инженерная модель. В ней определены геометрия, устройство, свойства и параметры будущих узлов. Иными словами, это уже этап, после которого можно переходить к созданию конкретных деталей и подготовке производства.
Для удержания плазмы в центральной части ловушки нужно магнитное поле в 1,5 тесла. Для этого, как объясняют разработчики, достаточно низкотемпературных сверхпроводников — это хорошо освоенная технология. Но гораздо сложнее обстоит дело с магнитными пробками, от которых напрямую зависит качество удержания плазмы.
«Например, на тех же низкотемпературных проводниках можно достичь 16 тесла, а высокотемпературные могут дать все 20 тесла. Но это уже окрестности края возможностей современной техники. В общем, физика задает цель, высокая техника определяет предельные параметры, предельные параметры определяют технические решения, технические решения позволяют создать конструкцию, а уже конструкцию можно разбить на мелкие детали и изготовить в железе», — отметил Судников.
По его словам, центральная секция ГДМЛ уже проработана настолько подробно, что можно переходить к выпуску чертежей деталей и передаче их в высокотехнологичное производство. То же относится и к концевым расширителям — узлам, которые внешне могут казаться простыми, но на деле содержат сложную внутреннюю начинку и играют ключевую роль в работе всей ловушки.
Проект ГДМЛ развивается в рамках федерального проекта «Технологии термоядерной энергетики», который реализуется в России в 2025–2030 годах как часть нацпроекта «Новые атомные и энергетические технологии». Его цель — создать научную и технологическую базу для будущих термоядерных источников энергии, плазменных двигателей для космоса, новых материалов и оборудования для медицины, машиностроения и других высокотехнологичных отраслей.
Таким образом, речь идет не просто о расчетах на бумаге, а о переходе к реальной инженерной стадии проекта. Если эта линия исследований окажется успешной, Россия сможет продвинуться к собственной альтернативной схеме термоядерного реактора — не на основе токамака, а на базе открытой магнитной ловушки.
Речь идет о сверхпроводящей магнитовакуумной системе центральной секции и системе концевых расширителей. Эти работы стали важным шагом в создании новой российской экспериментальной машины для управляемого термоядерного синтеза.
Термоядерная энергетика считается одной из самых амбициозных целей современной науки. Идея состоит в том, чтобы получать энергию так же, как она рождается в недрах звезд: при слиянии легких атомных ядер. Если такую реакцию удастся надежно контролировать, человечество получит почти неисчерпаемый и сравнительно чистый источник энергии.
Проблема в том, что для этого топливо нужно нагреть примерно до ста миллионов градусов. При такой температуре вещество превращается в плазму, и удержать ее внутри реактора крайне сложно: она не должна касаться стенок установки и при этом должна сохранять нужные параметры достаточно долго.
Один из способов решить эту задачу — удерживать плазму магнитным полем. Именно на этом основаны все термоядерные установки. Наиболее известный путь — замкнутые системы, такие как токамаки. По этой схеме строятся международный проект ITER, китайский EAST, корейский KSTAR и российский ТРТ.
Но в ИЯФ СО РАН делают ставку на другой вариант — магнитные ловушки открытого типа. К ним относятся, например, американские проекты Norm и Hammir, а также российский Voyager, который компания «СуперОкс» развивает вместе с ИЯФ СО РАН. Установка ГДМЛ должна стать экспериментальной базой для отработки технологий, необходимых именно для такого реактора.
Преимущество открытых магнитных систем в том, что они инженерно проще и потенциально лучше подходят для работы не только на смеси дейтерия и трития, но и на альтернативном топливе, например дейтерий-дейтерий. Это особенно важно, потому что тритий производится в очень небольших количествах и строго контролируется, тогда как дейтерий дешевле и содержится в огромных объемах в обычной воде.
ИЯФ СО РАН давно считается одним из мировых пионеров в области открытых магнитных систем. В институте уже работают несколько установок этого типа — КОТ, ГДЛ, ГОЛ-NB и СМОЛА. Именно на них были получены важные результаты по нагреву и удержанию плазмы. Например, на ГДЛ удалось устойчиво нагреть плазму до 10 миллионов градусов, а на СМОЛЕ комбинация различных магнитных решений позволила в десятки раз уменьшить продольные потери частиц.
Новая установка ГДМЛ строится на основе этих достижений.
«Концептуально ГДМЛ представляет собой магнитную ловушку с диамагнитным удержанием. Эту базу мы дополняем всеми отечественными достижениями в области управляемого термоядерного синтеза: многопробочным удержанием плазмы, в том числе винтовым, нагревом с помощью атомарных инжекторов, СВЧ-нагревом с помощью гиротронов, технологиями сверхпроводимости и прочим», — приводятся в сообщении слова старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН Антона Судникова.
По его словам, после этого ученые рассчитывают, какие параметры плазмы нужны для демонстрации работы реактора такого типа, и уже под них создают технический проект будущей машины.
Над ГДМЛ работают более 60 физиков и инженеров из ИЯФ СО РАН, Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН, компании «СуперОкс» и других российских организаций. В 2025 году они завершили технические проекты основных элементов первой очереди установки.
Технический проект — это уже не общая идея, а детально проработанная инженерная модель. В ней определены геометрия, устройство, свойства и параметры будущих узлов. Иными словами, это уже этап, после которого можно переходить к созданию конкретных деталей и подготовке производства.
Для удержания плазмы в центральной части ловушки нужно магнитное поле в 1,5 тесла. Для этого, как объясняют разработчики, достаточно низкотемпературных сверхпроводников — это хорошо освоенная технология. Но гораздо сложнее обстоит дело с магнитными пробками, от которых напрямую зависит качество удержания плазмы.
«Например, на тех же низкотемпературных проводниках можно достичь 16 тесла, а высокотемпературные могут дать все 20 тесла. Но это уже окрестности края возможностей современной техники. В общем, физика задает цель, высокая техника определяет предельные параметры, предельные параметры определяют технические решения, технические решения позволяют создать конструкцию, а уже конструкцию можно разбить на мелкие детали и изготовить в железе», — отметил Судников.
По его словам, центральная секция ГДМЛ уже проработана настолько подробно, что можно переходить к выпуску чертежей деталей и передаче их в высокотехнологичное производство. То же относится и к концевым расширителям — узлам, которые внешне могут казаться простыми, но на деле содержат сложную внутреннюю начинку и играют ключевую роль в работе всей ловушки.
Проект ГДМЛ развивается в рамках федерального проекта «Технологии термоядерной энергетики», который реализуется в России в 2025–2030 годах как часть нацпроекта «Новые атомные и энергетические технологии». Его цель — создать научную и технологическую базу для будущих термоядерных источников энергии, плазменных двигателей для космоса, новых материалов и оборудования для медицины, машиностроения и других высокотехнологичных отраслей.
Таким образом, речь идет не просто о расчетах на бумаге, а о переходе к реальной инженерной стадии проекта. Если эта линия исследований окажется успешной, Россия сможет продвинуться к собственной альтернативной схеме термоядерного реактора — не на основе токамака, а на базе открытой магнитной ловушки.
