Развитие российской экономики всe больше зависит от того, насколько эффективно мы создаем собственные технологии и внедряем их в ключевые отрасли.
Стратегия развития электронной промышленности до 2030 года прямо говорит:
Для успеха нам нужно не только модернизировать производство, но и осваивать прорывные технологии, способные обеспечить технологическую независимость.
Как этого достичь? Один из ключевых факторов — использование достижений фундаментальной науки для развития высокотехнологичных отраслей. Яркий тому пример — термоядерная энергия.
Термоядерные исследования такие, как участие России международном проекте по созданию экспериментального термоядерного реактора или создание российских учеными токамака Т15-МД, требуют уникальных материалов, сложных систем управления и высокоточного оборудования.
Именно эти разработки становятся драйвером для развития отечественной микроэлектроники, систем автоматизации и новых промышленных решений.
Россия находится числе мировых лидеров по количеству открытий ядерной физики. В 1950–51 годах советскими физиками была предложена теоретическая возможность удержания плазмы в магнитном поле. В 1954 году в СССР был построен первый токамак — тороидальная камера с магнитными катушками, и долгое время она оставалась единственной в мире.
В 2016 году российские ученые из Новосибирска совершили рывок к «главной задаче физики XXI века» — управляемой термоядерной реакции. Специалисты нагрели плазму до 10 млн градусов в газодинамической ловушке.
История развития термоядерной энергетики почти такая же долгая, как и атомной. Но если атомная энергетика достаточно быстро перешла от экспериментов к промышленным запускам, то путь термоядерной энергетики оказался куда сложнее. На первых этапах исследования в этой области у каждой страны были строго засекречены.
Когда стало ясно, что преодолеть научные и инженерные проблемы в одиночку не получится, было принято решение рассекретить национальные программы и объединить усилия передовых стран мира.
Так, почти 30 лет назад родился ИТЭР — международный эксперимент, цель которого сделать термоядерный синтез реальным источником энергии для человечества.
В основе будущей установки лежит разработанная советскими учеными система токамак. И именно Россия является инициатором и ключевым участником проекта ИТЭР — крупнейшего в мире экспериментального термоядерного реактора.
Мы решили узнать, как ведется работа над созданием крупнейшего экспериментального термоядерного реактора, как фундаментальная наука помогает решать реальные технологические проблемы и пригласили эксперта, непосредственно участвующего в интеграции диагностических систем для ИТЭРа — Никиту Бабинова.
— В чем идея международного проекта ИТЭР и почему он так важен?
— Работа над концептуальным проектированием ИТЭР началась в 1988 году, за ней последовали более детальные этапы инженерного проектирования, пока окончательный проект ИТЭР не был утвержден членами в 2001 году.
Установка ИТЭР возводится с 2007 года недалеко от Экс-ан-Прованса на юге Франции. В реализации проекта участвуют 35 стран: Россия, Европейский Союз, Швейцария, США, Китай, Индия, Япония, Южная Корея. Проект также поддерживают Австралия и Казахстан.
Несмотря на сложные геополитические условия, Россия является активным участником проекта ИТЭР. Вклад России в этот грандиозный проект заключается в изготовлении и поставке высокотехнологичного оборудования, основных систем реактора, что составляет 9,09% от стоимости сооружения реактора по техническому проекту.
К 2034 году планируется получить плазму с полным рабочим током, а в 2035 году перейти к экспериментам с дейтериево-тритиевой плазмой, позволяющей получать высокую мощность термоядерной реакции
В межправительственном соглашении об ИТЭР представлены цели и задачи, подробно описаны этапы строительства, эксплуатации и вывода из эксплуатации, а также вопросы финансирования, организации и укомплектование персоналом. В соглашении прописана структура ИТЭР, в том числе квотированные места в правлении, чтобы каждая страна была представлена как полноправный член организации.
Франция, на территории которой строится установка, находится в наиболее выгодных условиях: активно развиваются научные институты, формируются рабочие места. Вместе с тем проект требует больших капиталовложений, и Объединенная Европа финансирует его в размере 45%, а остальные семь стран, в том числе Россия вносят по 9%.
Реакторный комплекс строится на участке 180 га. Реактор — токамак — спроектирован высотой 30 метров, общий радиус конструкции составит 10,7 м, а вес — 23 тыс. тонн. Ожидается, что плазму на ИТЭР удастся разогреть до 300 млн градусов, что в 20 раз выше температуры в ядре Солнца.
Предполагается, что в ходе эксперимента будет получено500 МВт термоядерной энергии, а пиковое значение в момент зажигания термоядерной реакции составит 1100 МВт. ИТЭР — это научная установка и не предназначена для использования как атомная станция, но 500 МВт — это уже значение промышленной мощности. Для сравнения: современные энергоблоки атомных электростанций вырабатывают примерно в 2-3 раза больше».
— Как распределены задачи в ИТЭР между странами-участницами? Какую роль играет Россия?
— Изначально, с точки зрения развития технологий, каждая страна двигалась своим путем: одни ученые занимались сверхпроводниками, вторые — специфичными диагностиками, третьи развивали метод нагрева плазмы. Сегодня страны-участницы проекта объединяют усилия, представляют научные и инженерные команды, обладающие различными компетенциями, ведут разработки по передовым технологиям. Таким образом каждая страна вносит свой вклад в общий проект.
Весь ИТЭР разбит на большие системы, которые называются PBS (Plant Breakdown Structure). За каждую систему отвечает конкретная страна, научная или инженерная группа, перед каждой из которых стоят конкретные задачи.
Россия изготавливает и поставляет высокотехнологичное оборудование, основные системы и компоненты реактора: проводники, коммутирующую аппаратуру, установки для испытаний порт-плагов, купол дивертора и тепловые испытания, катушки полоидального поля и сверхпроводники, верхние патрубки, 170 ГГц Гиротроны, диагностические системы, панели Первой стенки, соединители модуля бланкета, порт-плагов.
Российские предприятия изготавливают девять диагностических систем для измерения широкого спектра параметров плазмы в ходе работы установки ИТЭР. Наша группа работает над диагностическим направлением. В ФТИ им. Иоффе РАН, являющимся одним из крупнейших научных центров России, мы работали над диагностикой томсоновского рассеяния — лазерной диагностики для измерения параметров плазмы, а также занимались интеграцией диагностических портов, представляющих собой большие патрубки в ИТЭР, в которых располагаются диагностические системы».
Российским предприятиям поручено изготовление и поставка экваториального порт-плага 11, структур нижнего порта 08, верхних порт-плагов 02, 07,08.
Диагностические порты расположены в патрубках вакуумной камеры установки ИТЭР и предназначены для установки диагностического оборудования. Порты размещаются на трех уровнях ИТЭР: верхнем, экваториальном и нижнем. Часть из них отведена под диагностики, часть, чтобы проводить откачку, проводить нагрев плазмы. И здесь есть отдельная задача по интеграции диагностических портов, в каждом из которых располагается от 1 до 3 или 4 диагностик. Эти диагностики необходимо расположить, обеспечить их охлаждением, сжатым воздухом, электричеством. И все это в условиях, близких к активной зоне ядерного реактора. Здесь требуется учитывать очень большие ограничения по используемым материалам, по радиационной стойкости, учитывать большие нейтронные нагрузки, по тепловой стойкости.
Сейчас мы продолжаем работу по интеграции портов и реализуем большой проект по АСУ ТП. В этом проекте мы оказываем инженерную поддержку для всех диагностических систем, разрабатываемых в разных странах, разрабатываем шаблоны и гайдлайны, проводим проверку документации и выездные экспертизы оборудования» - комментирует Никита.
— Какую практическую пользу принесут эти исследования мировому сообществу?
— В мире давно используется атомная энергетика, которая во многих странах, включая Россию, дает весомый вклад в энергобаланс. Во Франции атомная энергия составляет до 70%, в России и Америке – около 20%. Термоядерная энергетика пока не достигла степени промышленной зрелости, это во многом вопрос зрелости технологий. Безусловно, существуют определенные сложности, но по сравнению с атомной энергетикой, термоядерная более безопасна, в какой-то степени более предсказуема и, возможно, более экономически выгодна.
В ходе экспериментов на установке ИТЭР ученые собираются доказать, что в результате термоядерного синтеза можно получать больше энергии, чем расходуется на саму реакцию. Возможно, этот эксперимент станет в дальнейшем толчком для промышленной выработки термоядерной энергии.
С другой стороны, как любая большая наука, большие фундаментальные исследования и открытия происходят благодаря желанию познания, навыкам, профессионализму ученых и исследователей, а практические результаты в моменте могут быть слабо понятны или видеться совершенно иначе, чем позже оказывается на практике. Например, без понимания квантовой механики, теоретические основы которой были в общем виде разработаны в начале 20-го века, невозможна разработка практически любых полупроводниковых устройств, лазеров и много другого, получивших развитие практически на 50 лет позже соответствующих теоретических открытий.
И, наконец, экспериментальная установка ИТЭР — это, безусловно, большой скачок к развитию новых материалов и новых технологий (например, крупных сверхпроводящих систем), которые найдут свое применение в различных областях науки и техники.
— В марте 2024 года ЦЕРН объявил о прекращении сотрудничества с 500 нашими физиками, которые трудились над развитием Большого адронного коллайдера. Возможен ли такой же сценарий с проектом ИТЭР?
— ЦЕРН — крупнейший в мире европейский научно-исследовательский центр в области физики частиц, на территории которого расположен самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц на встречных пучках — Большой адронный коллайдер. И здесь важно, что эта организация именно европейская, с европейским правлением, а ИТЭР — проект международный с совершенно другим правовым статусом.
Кстати, в России достраивают свой адронный коллайдер NICA в Новосибирске, который представляет собой каскад, состоящий из двух линейных ускорителей, выполняющих роль источников частиц, двух циклических ускорителей — бустера и нуклотрона, осуществляющих поэтапный разгон практически до скорости света, и, собственно, коллайдера с двумя детекторами, фиксирующими столкновения. Кроме того, в NICA еще и испытывают микросхемы, предназначенные для работы в космосе.
Россия, будучи участником проекта ИТЭР, обладает правами на использование всей научно-технической информации: это и конструкторская документация, это и результаты расчетов и экспериментов. Также Россия имеет собственную программу термоядерной энергетики, в частности, в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ) активно реализуется проект токамака с реакторными технологиями (ТРТ). Новую экспериментальную установку планируется построить к 2030 году в Троицке.
В России есть все возможности для развития научных разработок в области физики: и практическая база, и светлые умы, и государственные программы.
Вы читаете канал о технологиях в ИТ и телекоме от ПРОТЕЙ Технологии. Здесь мы сложное раскладываем по полочкам: делимся российскими разработками, исследуем связь науки и бизнеса, приглашаем к диалогу экспертов, ученых, представителей технологического сектора.
Оставайтесь с нами, чтобы не пропускать важные новости и приходите гостем на наш подкаст «Путь в телекоме: объединяя связи»:
• Амбассадор российской телеком-индустрии: рассказываем о российских разработках в области ИТ и телекоммуникациях, освещаем новые технологии и делимся мнениями экспертов из научного и бизнес-сообществ.
• Официальный Telegram-канал ПРОТЕЙ Технологии: пишем об оборудовании, внедрениях и обновлениях.