Во Франции завершён монтаж самой мощной в мире магнитной системы — центрального соленоида — в рамках международного проекта по термоядерному синтезу ИТЭР. Эта уникальная установка призвана продемонстрировать, что синтез, питающий звёзды, может стать основой для безуглеродной и безопасной энергетики на Земле. Подробнее — о технологических достижениях, международном сотрудничестве и вызовах, стоящих перед «энергией будущего».
🔬 ИТЭР: глобальный проект ради безграничной энергии
На юге Франции в научном центре Кадараш завершён монтаж самой мощной в истории магнитной системы — центрального соленоида для реактора ИТЭР. Этот международный проект объединяет 33 страны с целью достичь стабильной термоядерной реакции, аналогичной той, что питает Солнце.
ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) — крупнейший в мире эксперимент по управляемому термоядерному синтезу. Его цель — доказать, что синтез атомов водорода может стать реальным источником энергии, превосходящим современные технологии как по эффективности, так и по экологической безопасности.
🔧 Магнитное сердце ИТЭР: инженерный подвиг
Центральный соленоид — гигантский сверхпроводящий магнит весом около 1000 тонн и высотой 18 метров — выполняет роль двигателя плазменной реакции. Он создаёт меняющееся магнитное поле, необходимое для возбуждения тока в раскалённой плазме, удерживаемой в токамаке при температуре 150 млн °C — это в 10 раз горячее, чем в ядре Солнца.
Этот соленоид состоит из шести модулей, каждый из которых изготавливается более двух лет из 6 км ниобий-оловянного сверхпроводящего кабеля. На заводе General Atomics в Калифорнии завершено тестирование шестого модуля, а четыре уже доставлены и установлены.
🛠️ Экзоскелет из 9000 деталей: вклад США в проект
США внесли ключевой вклад в проект, разработав и поставив опорную конструкцию (экзоскелет) для соленоида. Эта система из более чем 9000 компонентов, изготовленных в восьми штатах, удерживает модули с точностью до миллиметров и выдерживает нагрузки до 60 меганьютонов — в два раза больше тяги ракеты на старте.
Компоненты производили компании Kamatics, Major Tool & Machine, Keller Technology, Hamill Manufacturing, Precision Custom Components, Superbolt, Petersen и Robatel Technologies. Инженеры столкнулись с рядом вызовов: от разработки 15-метровых стальных стяжек до использования инновационных болтов Superbolt®, способных выдерживать гигантские нагрузки.
🌍 Кооперация и вызовы: от идеи до экспериментов
ИТЭР — символ глобального научного сотрудничества. Европа разработала вакуумную камеру, Россия поставила сверхпроводящие элементы, Азия обеспечила инфраструктуру нагрева и охлаждения. В 2024 году проект достиг 100 % строительной готовности и запустил сотрудничество с частными компаниями для обмена данными.
Тем не менее, первые плазменные испытания ожидаются не раньше 2033–2034 года, а запуск реакции с дейтерием и тритием — к 2039 году. Проект столкнулся с задержками, связанными с пандемией и техническими проблемами (например, трещинами в трубах). В то же время, частные инициативы в области синтеза развиваются быстрее, но не доказали способность работать в промышленном масштабе.
☀️ Будущее термоядерной энергии
ИТЭР не подключится к электросети — его задача в другом: продемонстрировать, что термоядерный синтез возможен и эффективен. Если установка достигнет заявленного выхода энергии (500 МВт при затратах 50 МВт), это станет первым шагом к созданию коммерческих реакторов нового поколения, способных заменить ископаемое топливо и АЭС.
Как выразился директор ИТЭР Пьетро Барабасчи: «С помощью ИТЭР мы показываем, что устойчивое энергетическое будущее и мирное сотрудничество между странами возможны».
Во Франции завершили сборку самой мощной магнитной системы для энергии будущего: ИТЭР становится реальностью
На юге Франции завершён важнейший этап строительства Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) — собрана самая мощная в мире сверхпроводящая магнитная система. Ученые сравнивают проект с «маленьким солнцем на Земле», способным дать человечеству безграничную и чистую энергию. Этот глобальный прорыв объединил усилия 33 стран.
Центральный соленоид — гигантский сверхпроводящий магнит весом около 1000 тонн — стал «сердцем» токамака, устройства в форме тора, где плазма удерживается в магнитном поле при температуре 150 миллионов градусов Цельсия. Это в 10 раз горячее ядра Солнца. Магниты создают условия для слияния атомов водорода, высвобождая при этом колоссальное количество энергии — без углеродных выбросов и без образования долгоживущих радиоактивных отходов, как при делении атомов.
Завершение магнитной системы — важнейшая веха в истории ИТЭР. Конструкция включает шесть кольцевых магнитов (поставленных Россией, Европой и Китаем), охлаждаемых жидким гелием до -269 °C для достижения сверхпроводимости. Вместе они формируют структуру весом около 3000 тонн, способную удерживать и стабилизировать раскалённую плазму. Цель проекта — достичь выхода в 500 мегаватт при входе в 50 мегаватт, то есть в 10 раз больше затраченной энергии — создать так называемую «горящую плазму», способную поддерживать себя.
Как говорят учёные, плазма — это как суп, кипящий в кастрюле, а магниты — это руки, не дающие ему выплеснуться. Сборка этой высокоточной системы из компонентов, поставленных с трёх континентов, стала настоящим инженерным достижением.
«С помощью ИТЭР мы доказываем, что устойчивое энергетическое будущее и мирное сотрудничество между странами возможны», — подчеркнул директор проекта Пьетро Барабасчи.
В 2024 году проект достиг 100% строительных целей, начав сборку токамака. США создали центральный соленоид, Европа — вакуумную камеру, Россия поставила сверхпроводники, а Индия, Китай, Корея и Япония внесли вклад в системы охлаждения и нагрева. Также в 2024 году ИТЭР запустил программу обмена данными с частными компаниями, чтобы ускорить исследовательскую часть проекта.
Однако до начала первых экспериментов с плазмой (ожидаемых в 2033–2034 годах) и полноценного синтеза дейтерия и трития (2039 год) предстоит преодолеть технические и организационные трудности. Пандемия и обнаруженные дефекты (вроде трещин в трубопроводах) повлияли на график и увеличили затраты. Хотя частные компании обещают ускорить путь к синтезу, пока ни один из их проектов не доказал масштабируемость технологии.
Вклад США: уникальная конструкция из более чем 9000 деталей
Агентство US ITER завершило поставку всех компонентов опорной конструкции для центрального соленоида — 18-метрового магнита, который станет ключевым элементом реактора. Конструкция включает более 9000 индивидуальных деталей, изготовленных восемью американскими компаниями из шести штатов: от Коннектикута до Юты.
Последняя партия компонентов пересекла Атлантику в январе, ознаменовав завершение более чем десятилетнего инженерного труда. Среди участников — Kamatics (Коннектикут), Major Tool & Machine (Индиана), Keller Technology (Нью-Йорк), Hamill Manufacturing, Precision Custom Components и Superbolt (Пенсильвания), Petersen (Юта) и Robatel Technologies (Виргиния).
«Проектирование и изготовление такого уникального магнита — это серьёзнейшая инженерная задача», — отметил Дэвид Вандергрифф, старший инженер US ITER. «Но сам магнит не сможет работать без надёжной опоры».
Опорная конструкция, похожая на экзоскелет, удерживает шесть магнитных модулей, каждый весом 121 тонна, с точностью до миллиметров. В процессе работы на неё действует вертикальное усилие до 60 меганьютонов — это вдвое больше, чем у ракеты при запуске.
Особенно сложной оказалась разработка соединительных элементов конструкции — 27 так называемых стяжных пластин, соединяющих верхние и нижние опорные блоки и образующих жёсткий каркас. Каждая пластина длиной 15 метров и должна быть идеально прямой, что потребовало пересмотра первоначального дизайна.
Для соединения элементов под экстремальными нагрузками применили технологию Superbolt® — уникальные крепления, разработанные в США.
Сейчас четыре из шести магнитных модулей уже установлены, пятый в пути, шестой отправится летом. Все модули проходят жёсткие испытания в Калифорнии: проверку герметичности, высоковольтную изоляцию, охлаждение до 4,5 K и зарядку до 48,5 кА. Седьмой модуль останется в резерве.
«Настоящая награда для нашей команды — видеть, как конструкция собирается вокруг центрального соленоида. Это воплощение более чем десятилетней работы и важный шаг к запуску ИТЭР», — добавил технический директор Кевин Фройденберг.
По материалам: iter.org
