Реактор JT-60SA, являющийся крупнейшим в мире устройством для исследования ядерного синтеза, установил новый рекорд объема плазмы – 160 кубических метров, занесенный в Книгу рекордов Гиннесса. Такой результат может быть полезен для совершенствования управления большими объёмами плазмы в реакторах ITER и DEMO. Данная технологическая победа является продвижением на пути к коммерческому использованию энергии ядерного синтеза.
JT-60SA — совместный проект Японии и Европы. Цель проекта — поддержка технических задач проектов ITER и DEMO. Высота JT-60SA составляет 15,5 метров (примерно половина высоты ITER), а находится он в Наке, префектура Ибараки, Япония. Это самый крупный экспериментальный сверхпроводящий плазменный токарнок в мире до запуска ITER.
Японский реактор JT-60SA, являющийся модернизацией модели JT-60, используемой с 1980-х годов для изучения ядерного синтеза, достиг значительных успехов в управлении большой плазмой после её генерации в октябре прошлого года.
На 60 м³ больше предыдущего рекорда
Для создания и поддержания плазмы, температура которой может составлять 100 миллионов градусов Цельсия, в JT-60SA применяются сильные сверхпроводящие катушки, охлаждаемые до -269 °C. Их характеристики позволяют пропускать мощные электрические токи без сопротивления, формируя интенсивные магнитные поля, эффективно удерживающие плазму.
Высокотемпературная плазма заключена в магнитное поле, образованное внешними катушками (основное поле) и радиальным полоидальным полем, создаваемым током, протекающим внутри плазмы. Полоидальное поле имеет форму небольшого кольца вокруг поверхности катушки, а тороидальное – большого кольца вокруг тора. Тор находится в вакууме для предотвращения загрязнения плазмы.
После оптимизаций, направленных на увеличение объема генерируемой плазмы, были проведены этапы операций для оценки новых характеристик JT-60SA. В них вошли вакуумная откачка реактора, охлаждение сверхпроводящих катушек и испытания на впрыск энергии в катушки. Инженеры получили объем плазмы в 160 кубических метров, что на 60 кубических метров больше предыдущего рекорда. Церемония занесения этого достижения в Книгу рекордов Гиннесса состоится в Институте науки и технологии термоядерного синтеза Нака 19 октября.
На шаг ближе к вводу ITER в эксплуатацию
Исследователи утверждают, что способность реакторов удерживать плазму связана с их размерами, а значит, будущие эксперименты по зажиганию могут демонстрировать более высокую производительность. Эти результаты можно применить для оптимизации управления крупными плазмами, подходящими для реакторов ITER и DEMO. Динамика плазмы, создаваемой JT60-SA, совпадает с прогнозами для ITER, что даст возможность изучить ее реализуемость в долгосрочной перспективе.
«В рамках международного взаимодействия Япония, Европа, Россия, США, Китай, Корея и Индия реализуют проект по показу научно-технологической возможности термоядерной энергии. Цель — строительство и эксплуатация объекта ITER. » — поясняют специалисты из Национального института квантовой науки и технологии (QST) в Японии. Главной задачей ITER станет получение энергии термоядерного синтеза, которая будет в 10 раз больше необходимой для запуска реактора и генерации плазмы. Первые масштабные испытания запланированы на 2035 год.»
DEMO будет построен по итогам экспериментов на реакторах JT-60SA и ITER, с целью показать выгоду получения энергии с помощью ядерного синтеза. В работах по реакторам ITER и DEMO QST будет использовать знания, полученные при работе над JT-60SA. Также QST продолжит выступать центром по раннему внедрению термоядерной энергии в коммерцию. — Заявляет команда. В данный момент разрабатываются концепции постройки реактора к 2050 году.
Проект JT-60SA, как и большинство проектов ядерного синтеза, столкнулся с существенными задержками, что повлияло на сроки реализации проектов ITER и DEMO. Введенная в эксплуатацию в 2021 году установка первоначально должна была быть запущена в 2016 году. Проблемы с поставками и землетрясение в Тохоку в 2011 году отодвинули дату первых испытаний.
Инцидент с электрическим кабелем, обеспечивавшим питание одной из сверхпроводящих магнитных катушек, потребовал капитального ремонта изоляции более 100 электрических узлов – работы, занявшие два с половиной года. Это вынудило инженеров ITER запланировать более строгие проверки катушек. В будущем могут возникнуть подобные технические непредвиденности, что может повлиять на сроки ввода в эксплуатацию следующих двух реакторов.