Kurtšatovi instituut viis läbi sügavalt moderniseeritud hübriidse termotuumareaktori T-15MD füüsilise käivitamise. Eksperimentaalne seade on mõeldud paljutõotavate tehnoloogiate uurimiseks ja arendamiseks, mida saab seejärel kasutada kodumaistes ja rahvusvahelistes projektides.
Pidulik tseremoonia
NRC "Kurchatovi Instituudis" ehitatud megaüksuse T-15MD käivitamine toimus 18. mail. Arvestades selle projekti suurt tähtsust, viidi see käivitamine läbi piduliku tseremoonia raames, kus osalesid peaminister Mihhail Mishustin, haridus- ja teadusminister Valeri Falkov ning teised ametnikud. Külalistele usaldati sümboolse stardinupu vajutamine.
Peaministri sõnul on T-15MD reaktor tõendiks meie riigi kõrgest tehnoloogilisest tasemest. Selle käivitamine oli tohutu sündmus mitte ainult Venemaale, vaid kogu maailmale. Samuti märkis M. Mishustin, et uue usaldusväärse ja võimsa energiaallika loomine aitab kaasa paljude tööstusharude edasiarendamisele.
Kurtšatovi instituudi president Mihhail Kovaltšuk ütles, et Venemaa teadus on võimeline termotuumaenergiat edasi uurima. See nõuab teadus- ja tootmisbaasi kaasajastamist. Varem suutis meie riik selliseid projekte ilma välisabita ellu viia, iseseisvalt tootes kõiki vajalikke tooteid ja komponente.
Rahvusvahelise termotuumaprojekti ITER juhtkond jälgis videolingi kaudu T-15MD käivitamist. Tegevjuht Bernard Bigot tänas Venemaa valitsust ITERi üksuse suure abi eest. Venemaa tööstus sai omakorda tänu ühisprojektis rakendatud tehnoloogiate kõrge kvaliteedi eest.
Pärast sügavat moderniseerimist
T-15 toroidaalne plasma magnetvangistusrajatis ehitati Kurtšatovi instituudis 1980ndate lõpus. Selle valmistamisel kasutati T-10M reaktori olemasolevaid konstruktsioone. Alates 1988. aastast on uues T-15 rajatises tehtud erinevaid plasma sulgemise katseid. Sel ajal oli Nõukogude installatsioon üks suuremaid ja võimsamaid maailmas.
Vaatamata tolle aja kõikidele raskustele viidi regulaarseid uuringuid läbi kuni üheksakümnendate keskpaigani. Aastatel 1996-98. megaüksus T-15 on esmakordselt moderniseeritud. Reaktori disain viimistleti ja kohandati ka tulevaste uuringute programmi. Nüüd kavatseti installatsiooni kasutada rahvusvahelises projektis ITER rakendamiseks pakutud lahenduste ja ideede testimiseks.
2012. aastal lõpetati T-15 reaktor ajutiselt seoses sügava moderniseerimise plaanidega. Selle projekti raames pidi tokamak saama uue elektromagnetilise süsteemi, uue vaakumkambri jne. Suurenenud energiavajaduse pidi rahuldama uus toitesüsteem. Tegelikult oli tegemist olemasoleva käitise radikaalse ümberkorraldamisega kõigi võtmesüsteemide väljavahetamisega.
Projekti T-15MD raames lõpetati reaktori põhiline kaasajastamine, misjärel alustati kasutuselevõtuga. Hiljuti lõpetati värskendusprotsess edukalt - ja toimus füüsiline käivitamine. Samal ajal ei peatu teadusliku ja tehnilise baasi arendamise protsess. Aprillis sai teatavaks, et 2021-24. olemasolevat tokamakit täiendatakse erinevatel eesmärkidel uute süsteemidega.
Need meetmed aitavad kujundada T-15MD megainstallatsiooni lõplikku välimust ja saada kõik vajalikud võimalused. Täielik kasutuselevõtt, mis võimaldab kõiki vajalikke katseid, toimub 2024. aastal.
Uued põhimõtted
Moderniseerimise käigus sai reaktor T-15MD hulga uusi süsteeme, kuid selle üldine arhitektuur ja tööpõhimõtted ei muutunud põhimõtteliselt. Nagu varemgi, peab tokamak magnetvälja abil looma ja hooldama plasma hõõgniidi. Reaktor moodustab magnetväljas 2 T. hõõgniidi kuvasuhtega 2, 2 ja plasma vooluga 2 MA. Pidev tööaeg - kuni 30 s.
Moderniseerimine 2021-24 toimub kahes etapis. Esimese osana paigaldatakse T-15MD-le kolm kiire aatomiga pihustit koguvõimsusega 6 MW ja viis 5 MW gürotronit. Seejärel tutvustatakse madalama hübriidkuumutamise ja plasmavoolu säilitamise süsteemi, samuti ioontsüklotronküttesüsteemi võimsusega vastavalt 4 ja 6 MW.
Moderniseerimise tulemusena muutus reaktor hübriidseks. Spetsiaalsetes sektsioonides nn. tekk tehakse ettepanek tuumkütuse paigutamiseks - kasutatakse toorium -232. Reaktori töötamise ajal peab kütus viivitama juhtmest väljuva suure energiaga neutronivoogu. Sel juhul muundatakse toorium-232 uraan-233-ks.
Saadud isotoopi saab kasutada tuumaelektrijaamade kütusena. Selles rollis ei jää see alla traditsioonilisele uraan-235-le, kuid seda võrreldakse soodsalt lühema poolväärtusajaga. Täiendavaid eeliseid seostatakse asjaoluga, et tooriumi leidub maapõues rohkem ja see on oluliselt odavam kui uraan.
Teoreetiliselt saab kõrgaktiivsete jäätmete muundamiseks kasutada ka hübriidset tokamakki. Uraan-238 või muud kasutatud tuumkütuse komponendid saab muundada teisteks isotoopideks, sh. uute kütusesõlmede tootmiseks. Teine hübriidjaama kasutusviis on elektrijaama ehitamine. Sellisel juhul peab tekis ringlema jahutusvedelik, mis tagab energia ülekande generaatorile.
Seega võimaldab hübriidreaktori väljatöötatud ja rakendatud välimus lahendada mitu probleemi korraga. Seda saab kasutada elektritootmiseks, samuti tuumkütuse vabastamiseks või jäätmete töötlemiseks. Teadlased peavad kinnitama reaktori sellise töö tegelikkust, samuti määrama selle tegeliku jõudluse, sh. majanduslik.
Eesmärgid ja väljavaated
Tokamaki peamised disainilahendused ja selle tööpõhimõtted on hästi uuritud ja välja töötatud. See võimaldab kavandada uusi, tõhusamaid reaktoreid ning teha katseid, et saavutada tõelisi tehnilisi, energia- ja majandustulemusi. Need on ülesanded, mida saab lahendada moderniseeritud hübriid-megainstallatsiooni T-15MD abil.
Uue reaktori füüsiline käivitamine on toimunud, kuid selle täieõiguslik ja täiemahuline töö saab võimalikuks alles 2024. aastal, kui uute süsteemide tootmine ja paigaldamine on lõpetatud. See tähendab, et kümnendi keskel tehakse katseid, mis annavad vajalikku teavet. See võimaldab määrata kõige tulusamad viisid kogu suuna arendamiseks ja mitte ainult Venemaa teaduse, vaid ka ITERi rahvusvahelise programmi raames.
Seega saavad meie teadlased kõige kaasaegsema teadusliku varustuse ja koos sellega võimaluse jätkata julgeid katseid tulevikku vaadates. On täiesti võimalik, et seekord lõpevad uued uuringud soovitud tulemustega, tänu millele saab inimkond põhimõtteliselt uue energiaallika ja Venemaa näitab taas oma teaduse kõrgeimat potentsiaali.
