На пути к искусственному солнцу: в России разработали ключевой элемент для нового токамака
Что это вообще значит — «искусственное солнце»?
Представьте себе источник энергии, который:
- работает на топливе из обычной воды;
- не даёт опасных радиоактивных отходов;
- выдаёт в миллионы раз больше энергии, чем сжигание угля или газа;
- принципиально не может взорваться или выйти из‑под контроля.
Это и есть термоядерный реактор — «искусственное солнце». В его сердце происходит тот же процесс, что и в настоящих звёздах: лёгкие атомы (дейтерий и тритий) сливаются в более тяжёлые, высвобождая колоссальное количество энергии.
Главный инструмент для этого — токамак: тороидальная (в форме бублика) камера, где плазма удерживается мощными магнитными полями.
Почему это так сложно?
Чтобы запустить синтез, нужно:
1. Разогреть газ до 100 миллионов градусов (в 6 раз горячее центра Солнца).
2. Удержать эту плазму, не дав ей коснуться стенок (иначе всё расплавится).
3. Сделать процесс устойчивым — не на доли секунды, а на минуты и часы.
Именно поэтому термоядерный синтез — одна из самых сложных инженерных задач человечества.
Что именно разработали в России?
В 2024 году российские учёные создали ключевой элемент для нового токамака — Токамака с реакторными технологиями (ТРТ).
Что это за элемент?
Точного названия пока не раскрывают, но по характеру задач это, скорее всего, один из трёх вариантов:
1. Дивертор — устройство, которое отводит из плазмы тепло и «мусор» (примеси, продукты реакций).
- В ТРТ он должен выдерживать потоки энергии свыше 10 МВт на квадратный метр — как если бы на ладонь направили луч мощного лазера.
2. Первая стенка камеры — та часть, что напрямую контактирует с плазмой.
- Должна быть невероятно прочной, жаростойкой и минимально «пылить» (иначе плазма загрязнится и остынет).
3. Система диагностики — датчики и алгоритмы, которые в реальном времени следят за плазмой и предупреждают о сбоях.
Кто это сделал?
Главный разработчик — ТРИНИТИ (Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований), входящий в «Росатом».
Ключевые партнёры:
- Курчатовский институт — даёт данные по плазме из действующего токамака Т‑15МД;
- ИФТТ РАН (Институт физики твёрдого тела) — исследует материалы при экстремальных нагрузках;
- МГТУ им. Баумана — моделирует тепловые и механические процессы;
- ИПФ РАН (Нижний Новгород) — разрабатывает мощные микроволновые излучатели (гиротроны) для нагрева плазмы.
Какие технологии использованы?
1. Вольфрам с карбидом бора
- Вольфрам — самый тугоплавкий металл (плавится при 3420 °C).
- Карбид бора — сверхтвёрдый материал, защищающий вольфрам от эрозии.
- Покрытие наносят методом плазменного напыления — слой всего 50–100 микрон, но он резко снижает износ стенки.
2. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП)
- В ТРТ будут катушки из ВТСП, создающие магнитное поле до 8 Тесла (в 1,5 раза сильнее, чем в ИТЭР).
- Преимущества:
- меньше энергозатрат на охлаждение (рабочая температура ~ 20–77 K, а не 4,2 K);
- компактнее и легче классические магниты.
3. Искусственный интеллект для управления плазмой
- Алгоритмы учатся на данных из Т‑15МД и ИТЭР.
- Задача: за 50–100 миллисекунд до срыва плазмы скорректировать магнитное поле и спасти разряд.
Почему это важно?
До сих пор плазма в токамаках удерживалась секундами. Для энергетики нужны минуты и часы. Новый элемент — шаг к квазистационарному режиму.
Что это даст:
- проверку материалов в условиях, близких к реальному реактору;
- отработку систем диагностики и управления;
- подготовку кадров и технологий для будущего ДЕМО (демонстрационного реактора).
Где это тестируют?
1. Т‑15МД (Курчатовский институт)
- Запущен в 2021 г., в 2023‑м получил первую высокотемпературную плазму.
- Параметры:
- магнитное поле: 1 Тесла;
- ток плазмы: 260 кА (более 2 секунд);
- температура электронов: ~40 миллионов °C (в 2 раза горячее центра Солнца).
- Сейчас дооснащается дивертором и системами нагрева.
2. ТРТ (ТРИНИТИ)
- Эскизное проектирование — до конца 2024 г.
- Технический проект — с 2025 г.
- Физический пуск — 2035 г.
- Энергетический пуск — 2036 г.
Международный контекст: ИТЭР
Россия — ключевой участник ИТЭР (Международный термоядерный экспериментальный реактор, Франция).
Наши поставки:
- Катушка PF1 — полностью изготовлена и поставлена (ВНИИНМ им. Бочвара);
- Гиротроны (8 из 24) — для нагрева плазмы (ИПФ РАН);
- Верхние патрубки камеры (18 штук) — «ЗиО‑Подольск»;
- Порт‑плаги (диагностические модули) — испытания в ТРИНИТИ и Курчатовском институте.
Цель ИТЭР: удержать плазму 500–1000 секунд и достичь усиления энергии в 10 раз ($Q = 10$). Запуск — 2025–2026 гг.
Что дальше?
Этапы до 2030 г.:
1. Завершить эскиз ТРТ (2024–2025).
2. Изготовить и испытать компоненты (2025–2030).
3. Запустить ТРТ и отработать режимы (2035).
4. Достичь $Q > 1$ (2036) — когда реактор выдаёт больше энергии, чем тратит.
Долгосрочная цель — ДЕМО (2050–2060 гг.)
- Устойчивая работа десятками минут.
- $Q \geq 25$ (на 1 МВт затрат — 25 МВт термоядерной энергии).
- Прямая генерация электричества (без паротурбинного цикла).
Почему это круто для всех нас?
Если получится, мы получим:
- Почти бесплатное топливо: 1 литр морской воды → энергия как от 300 литров бензина (за счёт дейтерия).
- Безопасность: нет цепной реакции, короткоживущие отходы.
- Масштабируемость: реакторы от 100 МВт (для города) до 1 ГВт (для региона).
Вызовы:
- Высокая стоимость первых реакторов (ИТЭР — ~ 25 млрд долларов).
- Необходимость новой инфраструктуры (заводы по наработке трития, очистные установки для дейтерия).
Итог
Разработка ключевого элемента для ТРТ — не просто научная новость, а реальный шаг к энергетическому будущему. Россия не только сохраняет лидерство в термоядерных исследованиях, но и готовит технологии для чистой, безопасной и практически неисчерпаемой энергии.