Термоядерный реактор ITER — маленькая копия Солнца
После нескольких лет задержек наконец-то началась работа по сборке ключевых компонентов ITER — катушек тороидального поля.
Одни из самых крупных компонентов термоядерного реактора делает подрядчик CNIM. Он занимался судостроением, прежде чем переключился на точное машиностроение. Расположение завода в Ла-Сейн-сюр-Мер в пригороде Тулона (Франция) на побережье является преимуществом, потому что некоторые из компонентов настолько громоздки, что их можно транспортировать только морем.
В одном из цехов гигантское сверло пробивает каналы в D-образных стальных петлях размером около 20 метров. Они изготовлены из особо прочной стали, так что карбидовые свёрла приходится менять каждые 8 минут.
Семь таких петель прикрепляются друг к другу, чтобы сформировать один из многих магнитов, контролирующих плазму при температуре 10 млн C в вакуумной камере.
Впрочем, до этого ещё далеко. Сначала нужно переправить петли на завод в городе Специя на севере Италии, там другой подрядчик внедрит до 700 метров сверхпроводящего кабеля в каждую из них. Потом их перевезут в Венецию, там ещё одна фирма Simic завершит сборку готовых катушек тороидального поля. Каждая катушка будет весить как полностью загруженный самолёт «Боинг-747». Компания Simic привлечена и к производству других петель, так что им приходится сделать круговое путешествие в Специю и обратно. Руководство ITER изначально избрало такую стратегию, когда подрядчики борются за контракты, а разные детали одного узла иногда производятся на разных континентах.
Готовые катушки отвозят во французский порт, где 800 тонн загружают на 352-колёсный транспортёр. Он медленно тянет груз до места строительства ITER в 104 км от побережья. Если всё пойдёт по плану, то первые катушки доставят на место будущего термоядерного реактора через три года.
И это лишь крохотная часть работы, которую ещё предстоит сделать перед тем, как запустить ITER.
ITER относится к термоядерным реакторам типа «токамак» — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. В вакуумной камере ядра дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона. Плазма в токамаке удерживается не стенками камеры, а комбинированным магнитным полем — тороидальным внешним и полоидальным полем тока.
В амбициозном международном проекте принимают участие Россия, США, ЕС, Китай и другие страны. Термоядерный реактор, предложенный советскими физиками в 1985 году, был согласован на встрече президентов Рейгана и Горбачёва. С тех пор шла подготовка и проектирование, в 2001 году подготовлен технический проект, а в 2005 году страны-участники определились с местом строительства — окрестности города Кадараш на юге Франции.
ITER — самое сложное техническое сооружение в истории человечества. Основная конструкция состоит из 10 млн деталей. Это больше, чем в Большом адронном коллайдере. Инженеры называют её «паззлом из 10 миллионов частей». Неудивительно, что подготовка заняла столь долгое время.
По крайней мере, прогресс в изготовлении катушек тороидального поля кажется более значительным, чем в изготовлении другого ключевого компонента — катушек полоидального поля. Для их производства построено специальное здание, которое пока что почти пусто, не считая нескольких ящиков и свисающего с крыши кругового крана: с 2012 года почти ничего не изменилось.
К сожалению, дедлайн для первого запуска рабочей плазмы недавно опять сдвинули. Директор проекта называет 2023 год, независимые эксперты склоняются к 2025-му. После пробного запуска последуют примерно четыре года тестирования, прежде чем в камеру загрузят настоящую смесь дейтерия и трития. Задача ITER — продемонстрировать управляемую реакцию синтеза с термоядерной мощностью несколько сотен мегаватт и отработкой технологии её практического использования. После этого можно строить такие же установки по всему миру.
На первом этапе реактор будет работать в импульсном режиме при мощности термоядерных реакций 400−500 МВт и длительности импульса около 400 с. На втором этапе будет отрабатываться режим непрерывной работы реактора, а также система воспроизводства трития.
Учёные едины во мнении, что за термоядом — будущее энергетики. Запасы дейтерия в воде океанов неисчерпаемы, содержание лития в земной коре в 200 раз больше, чем урана (из лития получают тритий непосредственно на ITER). Есть и другие преимущества: радиационная биологическая опасность термоядерных реакторов примерно в тысячу раз ниже, чем реакторов деления; возможность размещения реактора в любом месте; отсутствие «тяжёлых» радиоактивных отходов, которые можно использовать для изготовления «грязных» бомб; физическая невозможность разгона («взрыва») реактора.