Т-15 (реактор)

Реактор Т-15 — советский и российский исследовательский термоядерный реактор, созданный в Курчатовском институте по проекту Токамак.

Т-15
Годы эксплуатации 1988 по настоящее время
Внешний радиус 2,43 м
Внутренний радиус 0,75 м
Магнитное поле 3,6 Тл

Предыстория

Реактор Т-15 достиг своей первой плазмы в 1988 году. С 1996 по 1998 год был выполнен ряд улучшений. Исследования должны быть направлены в первую очередь на поддержку конструкции реактора ИТЭР, в которой используется та же технология — сверхпроводящие магниты.

С января 2005 года из-за нехватки финансов эксперименты были приостановлены. С 2012 г. проходит модернизацию, окончить которую планируется в декабре 2020 года[1][2].

В проекте ИТЭР у каждой страны, в нём участвующей, должен быть собственный токамак. На нём отрабатываются те или иные элементы будущего большого международного реактора. В качестве этого токамака для России выступил Т-15МД, который работает «в режиме ITER»[3].

Модернизированный реактор Т-15МД

После модернизации реактор Т-15МД может использоваться как гибридная установка: токамак служит источником нейтронов для начала ядерной реакции в ториевой оболочке[4].

Данная модернизация включает в себя создание с нуля новой электромагнитной системы и вакуумной камеры, а также новой мощной системы электропитания. Это, по сути, является созданием практически полностью нового токамака[3].

В ходе модернизации реактор Т-15МД получил ряд новых систем, однако его общая архитектура и принципы работы не претерпели принципиальных изменений. Как и ранее, токамак должен создавать и поддерживать при помощи магнитного поля плазменный шнур. Реактор образует шнур с аспектным отношением 2,2 и током плазмы 2 МА в магнитном поле 2 Т.

Модернизация 2021-2024 годах пройдёт в два этапа.

Первый этап модернизации (2020 год[5][6])

В рамках первого на Т-15МД установят

  • 3 инжектора быстрых атомов общей мощностью 6 МВт
  • 5 гиротронов общей мощностью 5 МВт

По результатам модернизации реактор стал гибридным. В специальных отсеках в т.н. бланкете предлагается размещать ядерное топливо – в его качестве используется торий-232. При работе реактора топливо должно задерживать исходящий от шнура поток нейтронов высокой энергии. При этом торий-232 трансмутирует в уран-233.

Получившийся изотоп можно использовать в качестве топлива для атомных электростанций. В этой роли он не уступает традиционному урану-235, но выгодно отличается меньшим периодом полураспада отходов. Дополнительные преимущества связаны с тем, что торий более распространён в земной коре и существенно дешевле урана.

Гибридный токамак может использоваться

  • для трансмутации высокоактивных отходов
  • производства ядерного топлива: уран-238 и другие компоненты отработанного ядерного топлива можно преобразовывать в другие изотопы, в т.ч. для производства новых топливных сборок (ТВЭЛ) для АЭС.
  • в качестве АЭС, в этом случае в бланкете должен циркулировать теплоноситель, обеспечивающий передачу тепловой энергии турбогенератору.

Второй этап модернизации (2024 год)

К 2024 году внедрят:

  • систему нижнегибридного нагрева и поддержания тока плазмы мощностью 4 МВт
  • систему ионно-циклотронного нагрева мощностью 6 МВт

Модернизированный реактор Т-15МД был запущен в декабре 2020 года[5][6], торжественная церемония его запуска состоялась 18 мая 2021 года в Курчатовском институте[7]. Полностью модернизация будет завершена в 2024 когда будут завершена реконструкция всех систем.

Технические характеристики
Т-15 Т-15МД ИТЭР
Магнитное поле 3,6 Тл 3,6 Тл[8] 5,3 Тл
Большой диаметр тора 4,6 м 4,9 м 12,4 м
Малый диаметр тора 1,4 м 1,4 м 4 м
Объём плазмы, м³ 50 50 837
Максимальная сила тока в плазменном шнуре, МА 1,8 2 15
Продолжительность импульса, с 15 30 >400

    На установке использовался сверхпроводящий ниобий-оловянный тороидальный магнит, на момент запуска реактора он был крупнейшим в мире.

    Литература

    Примечания
    1. Российский термоядерный реактор запустят в 2020 году. Naked Science (1 июня 2019). Дата обращения: 20 мая 2020.
    2. Наталия Лескова. Токамак раскроет тайны горячей плазмы // В мире науки. — 2019. — № 4. — С. 46—51.
    3. Третий путь атомной энергетики: токамака Т-15. Популярная механика. Дата обращения: 20 мая 2020.
    4. Роман Фишман. Третий путь атомной энергетики // Популярная механика. — 2019. — № 9. — С. 40—45.
    5. Хвостенко П.П., Анашкин И.О., Бондарчук Э.Н., Инютин Н.В., Крылов В.А., Левин И.В., Минеев А.Б., Соколов М.М. Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез Том: 42 Номер: 1 Год: 2019 Страницы: 15-38
    6. Янина Хужина Маленькое Солнце на Земле // В мире науки, 2021, № 4, с. 34 - 41
    7. Мишустин принял участие в церемонии пуска токамака Т-15МД в Курчатовском институте. ТАСС. Дата обращения: 19 мая 2021.
    8. Российское поколение ТОКАМАКов
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.