новости
ФТИ им. А.Ф. Иоффе и НИИЭФА создают сферический токамак нового поколения «Глобус-3»
Управляемый термоядерный синтез (УТС) - один из наиболее перспективных и безопасных способов получения энергии. Реакция синтеза легких ядер идет с выделением большого количества энергии, которую легко преобразовать в тепловую. Сегодня этот путь отрабатывается на строящемся Международном термоядерном экспериментальном реакторе (ИТЭР) во Франции – международном проекте с участием Евросоюза, России, Японии, США, Индии, Китая и Кореи. Параллельно в России и ряде других стран строятся установки, решающие ту же задачу в принципиально другой, более компактной форме.
«Глобус‑М» – токамак со сферической геометрией, размеры которого намного меньше классических тороидальных установок. Идея родилась в 1980‑х годах: было показано, что уменьшение аспектного отношения плазменного шнура (отношение большого радиуса тора к малому) заметно повышает устойчивость плазмы и позволяет получить большее давление плазмы при меньшем магнитном поле. Проектирование такой установки в ФТИ им. А.Ф. Иоффе началось в первой половине 1990‑х, физический пуск состоялся в 1999 году. Уже тогда «Глобус‑М» отличался высокой удельной мощностью дополнительного нагрева, а за создание установки и проведенные на ней исследования группа ученых лаборатории получила премию Правительства РФ в области науки и техники за 2009 год.
В 2018 году установку глубоко модернизировали и ввели в эксплуатацию сферический токамак нового поколения «Глобус‑М2»: магнитное поле и ток плазмы выросли в два с половиной раза, добавились мощные источники дополнительного нагрева. Установка достигла рекордов для компактных сферических токамаков – плотность плазмы превысила 10 (в 20 степени) частицв кубическом метре, температура ионов выросла в пять раз, а в 2022 году удалось нагреть ионы свыше 50 миллионов градусов, что стало рекордом для сферических токамаков. Эффективность удержания энергии выросла втрое, а ключевой критерий эффективности реактора «тройное произведение» – более чем в десять раз. Цифры наглядно объясняют разницу подходов: объем плазмы в «Глобус‑М2» примерно в 2000 раз меньше, чем в строящемся ИТЭР, а магнитное поле – ниже в пять раз, при том что сопоставимые параметры плазмы до сих пор достигались лишь на установках значительно больших размеров.
Сейчас ФТИ им. А.Ф. Иоффе вместе с АО «НИИЭФА» проектируют сферический токамак следующего поколения «Глобус‑3». Рассматриваются варианты как с «теплой» электромагнитной системой, так и с использованием высокотемпературных сверхпроводников, с увеличением длительности разрядного импульса. Магнитное поле и ток плазмы вырастут до 2-4 Тл и 2-3 МА соответственно, температура плазмы превысит 100 миллионов градусов – этого достаточно для протекания самоподдерживающейся реакции синтеза, а значит «Глобус‑3» можно считать водородным прототипом термоядерного источника нейтронов, востребованного в энергетике, материаловедении и медицине.
Исследования ведутся по всему спектру проблем и технологий УТС - в рамках федерального проекта «Технологии термоядерной энергетики» национального проекта «Новые атомные и энергетические технологии», который курирует Госкорпорация «Росатом».
Заказчиками работ выступают крупные исследовательские центры и вузы: НИЦ «Курчатовский институт», АО «ТРИНИТИ», ИЯФ СО РАН, Национальный ядерный центр Республики Казахстан, НИЯУ МИФИ, Санкт‑Петербургский политехнический университет Петра Великого и другие - Политех, в частности, использует экспериментальную базу «Глобус‑М» для обучения студентов и выполнения дипломных работ.
Дирекция НТП осуществляет сопровождение мероприятий по развитию научной инфраструктуры, включая систему ЦКП и УНУ по заданию Минобрнауки России.