Россия и ИТЭР
Россия занимает одну из ключевых позиций в реализации международного Проекта ИТЭР. Прежде всего, это объясняется колоссальным научно-технологическим потенциалом России в области термоядерных исследований. Ещё в 1950 году академики А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм предложили использовать магнитное поле для удержания плазмы.
Позднее выдающиеся российские учёные под руководством академика Л.А. Арцимовича разработали и реализовали концепцию термоядерной установки ТОКАМАК (ТОроидальная КАмера с МАгнитной Катушкой), которая впоследствии стала мировым лидером в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу и остаётся таковой по сей день. Именно эта установка была положена в основу термоядерного реактора ИТЭР.
Кроме того, Россия является инициатором проекта ИТЭР. Идея строительства международного термоядерного реактора была выдвинута и активно поддержана президентами М. Горбачёвым, Р. Рейганом и Ф. Миттераном.
На сегодняшний день Россия, благодаря участию в Проекте, имеет полную проектную документацию реактора ИТЭР.
Вклад России в Проект ИТЭР заключается в изготовлении и поставке высокотехнологичного оборудования, основных систем реактора, что составляет 9,09% от стоимости сооружения реактора по техническому проекту.
Вклад России
Вклад России в Проект ИТЭР заключается в изготовлении и поставке высокотехнологичного оборудования, основных систем реактора, что составляет 9,09% от стоимости сооружения реактора по техническому проекту.
Обязанность Российской Федерации заключается в поставке 22 километров проводников на основе 80 тонн сверхпроводящих Nb3Sn стрендов для обмоток катушек тороидального поля (ТП) и 11 км проводников на основе 40 тонн сверхпроводящих NbTi стрендов для обмоток катушек полоидального поля (ПП) магнитной системы ИТЭР. Изготовление в РФ и поставка сверхпроводников для магнитной системы ИТЭР позволит на базе создаваемого в России одного из крупнейших в мире промышленного производства уникальных наноструктурированных сверхпроводящих материалов обеспечить инновационное развитие атомной энергетики и ряда других отраслей техники (электротехника, транспорт, электроника, медицина).
К настоящему моменту Россия выполнила все обязательства по изготовлению и поставке в Организацию ИТЭР проводников тороидального и полоидального поля.
Исполнители: АО «ВНИИНМ», АО «ЧМЗ», АО «ТВЭЛ», ОАО «ВНИИКП», ГНЦ ИФВЭ, НИЦ «Курчатовский институт»
Вклад РФ в проект ИТЭР в области систем электропитания определён пакетом поставки 41Р3 с названием: «Устройства коммутации тока и вывода энергии из сверхпроводящих обмоток, силовые цепи постоянного тока, включая измерительные устройства». Практически всё оборудование, подлежащее поставке, является уникальным, т.е. не имеющим аналогов на мировом рынке, и требует специальной разработки. Наиболее сложной задачей является создание коммутационных аппаратов, способных длительно выдерживать сверхвысокие токи (до 70 кА), отключать их под высоким напряжением (до 10 кВ) и при этом обладать высоким быстродействием. Результаты многолетней работы в этой области, достигнутые российскими учёными и инженерами, послужили основой того, что поставка всего комплекса оборудования для вывода энергии из обмоток ИТЭР, основанного на использовании коммутационных аппаратов, была поручена Российской Федерации.
Головной исполнитель: АО «НИИЭФА»
Общество с ограниченной ответственностью «НПО «Группа компаний машиностроения и приборостроения» изготавливает четыре установки — стенда для тестирования экваториальных и верхних порт-плагов. Стенды для экваториального и верхних порт-плагов (PPTF) были спроектированы для проверки порт-плагов в условиях нагрева, вакуума и функционального тестирования перед установкой на токамак.
Головной исполнитель: ООО «НПО «ГКМП»
Купол дивертора является ключевой системой ИТЭР, на который выходят потоки плазмы. Он принимает на себя поток плазмы и защищает системы от перегрева. Купол дивертора облицован вольфрамом с водяным охлаждением. Купол дивертора обращён в плазму и защищает системы ИТЭР от тепловых и корпускулярных потоков. В обязанность РФ входит изготовление и поставка 60 сборок (100% от потребности ИТЭР).
В обязанность Российской Федерации также входит проведение тепловых испытаний обращённых к плазме компонентов ИТЭР. Учитывая, что температура плазмы — 300 миллионов C°, а ожидаемый поток тепла на диверторные пластины — 20 МВт/м², элементы, соприкасающиеся с плазмой, должны выдерживать эти параметры. Для проведения испытаний в России была построена установка IDTF (ITER Divertor Test Facility) с 800 кВт электронным пучком.
Головной исполнитель: АО «НИИЭФА»
Российский вклад в создание международного проекта ИТЭР включает в себя изготовление и поставку катушки полоидального магнитного поля. Катушка PF1 — одна из шести катушек полоидального поля магнитной системы ИТЭР. PF1 совместно с другими катушками обеспечивает контроль положения и формы плазменного шнура.
Катушка расположена снаружи тороидальной магнитной системы ИТЭР и обеспечивает полоидальное магнитное поле, необходимое для создания плазмы, поддержания тока в ней и управления положением и формой плазмы. Выбор России в качестве одного из двух поставщиков в ИТЭР катушек полоидального магнитного поля обусловлен наличием богатейшего опыта по разработке аналогичных конструкций и технологического оборудования крупномасштабных сверхпроводящих магнитных систем.
Исполнители: АО «НИИЭФА», АО «СНСЗ»
Патрубки вакуумной камеры необходимы для установки диагностик, оборудования для нагрева, устройств откачки и обеспечивают проникновение внутрь вакуумной камеры. Патрубки являются первым барьером безопасности, классифицируются как оборудование, работающее с радиоактивными материалами под давлением.
Российская Федерация несёт ответственность за изготовление всех 18 верхних патрубков вакуумной камеры ИТЭР.
Исполнители: АО «НИИЭФА», MAN Energy Solutions (Германия)
Одним из обязательств России в рамках Проекта ИТЭР является изготовление и поставка оборудования для ЭЦР нагрева и генерации тока — восьми гиротронов 170 ГГц / 1 МВт, которые являются одним из ключевых элементов ИТЭР.
Гиротроны — уникальная разработка отечественных специалистов. Россия — признанный мировой лидер в производстве этой высокотехнологичной системы дополнительного нагрева плазмы. Отечественными специалистами освоена CVD-технология выращивания поликристаллических алмазных дисков диаметром 75 мм и толщиной до 2 мм для выходных окон гиротронов с мегаваттным уровнем мощности для ИТЭР.
Исполнители: ИПФ РАН, ООО «ГК ГИКОМ»
Российские предприятия изготавливают девять диагностических систем для измерения широкого спектра параметров плазмы в ходе работы установки ИТЭР. В обязанность РФ входит изготовление и поставка следующих систем:
— Анализаторы атомов перезарядки. Одна из важнейших составляющих диагностической системы ИТЭР. Диагностика основана на измерении абсолютных потоков и анализе энергетических спектров атомов перезарядки, испускаемых плазмой; является прямым методом измерения изотопного соотношения в плазме.
— Спектроскопия водородных линий. В основу её работы положены измерения временного поведения и пространственного распределения яркости, а также формы спектров видимых линий бальмеровской серии водорода.
— Вертикальная нейтронная камера. Предназначена для измерения профиля пространственного распределения источника нейтронов и α-частиц, образующихся в результате термоядерного синтеза; профиля пространственного распределения ионной температуры плазмы; динамики изменения указанных профилей; полного нейтронного выхода и термоядерной мощности установки; для обеспечения относительной калибровки с другими подсистемами нейтронной диагностики ИТЭР.
— Диверторный монитор нейтронного потока. Диверторный монитор нейтронного потока позволяет путём прямых измерений демонстрировать достижение термоядерного синтеза в реакторном масштабе.
— Томсоновское рассеяние в диверторе. Диагностика томсоновского рассеяния основана на эффекте рассеяния лазерного излучения на свободных электронах плазмы. Результирующее излучение от всех рассеивающих электронов представляет собой допплеровски-уширенный спектральный контур, форма которого однозначно связана с функцией распределения электронов, а интенсивность — с плотностью электронов.
— Активная корпускулярно-спектроскопическая диагностика. С её помощью измеряются такие важнейшие параметры плазмы, как профиль ионной температуры, профили скоростей полоидального и тороидального вращения плазмы, а также концентрация и распределение лёгких примесей внутри плазменного шнура.
— Рефлектометрическая диагностика ИТЭР. В основу диагностики положен физический принцип отражения электромагнитных волн от плазмы. Измеряемые параметры: радиальный профиль электронной плотности плазмы; амплитуда и пространственная структура резонансных магнитогидродинамических колебаний; характеристики мелкомасштабных флуктуаций плотности плазмы.
— Лазерно-индуцированная флуоресценция. Лазерно-индуцированная флуоресценция предназначена для измерения параметров гелия и внешних примесей в диверторе. Система также может быть использована для оценки электронной температуры в диверторе.
— Гамма-спектрометрическая система для диагностики плазмы ИТЭР. Диагностика предназначена для измерения распределения и динамики движения энергичных ионов в полоидальном сечении реактора. Контроль движения энергичных ионов — одна из важнейших задач в диагностике плазмы ИТЭР.
Исполнители: ЧУ «ИТЭР-Центр», УТС-Центр, ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ИЯФ СО РАН, НИЦ «Курчатовский институт»
Россия ответственна за изготовление 179 наиболее энергонапряжённых (вплоть до 5 МВт/м²) панелей Первой стенки. Панели покрыты бериллиевыми пластинами, напаянными на бронзу CuCrZr, которая соединена со стальной основой. Размер панели — до 2 м ширины, 1,4 м высоты; её масса примерно 1000 кг.
Также Россия взяла обязательство изготовить Соединители модулей бланкета, цель которых — зафиксировать модули бланкета от перемещений в радиальном, полоидальном и тороидальном направлении.
Исполнители: АО «НИИЭФА», АО «НИКИЭТ»
Российским предприятиям поручено изготовление и поставка экваториального порт-плага 11, структур нижнего порта 08, верхних порт-плагов 02, 07, 08. Диагностические порт-плаги расположены в патрубках вакуумной камеры установки ИТЭР и предназначены для установки диагностического оборудования.
Исполнители: ИЯФ СО РАН
Структура управления проектом
Структура управления проектом ИТЭР в России выстроена по вертикали: от Правительства Российской Федерации через Государственную корпорацию по атомной энергии «Росатом» к Частному учреждению «Проектный центр ИТЭР» (российскому Агентству ИТЭР), от которого, в свою очередь, работу ведут головные исполнители и субподрядные организации.
(государственный заказчик)
(российское Агентство ИТЭР)