Инфраструктурный комплекс разработки новых технологий удержания термоядерной плазмы – ГДМЛ

Целью Проекта является создание экологически привлекательной термоядерной системы, работа которой не требует использования опасного трития и, в случае реакций без выделения нейтронов, не требует сложной защиты и не сопровождается существенной активацией конструкционных материалов. Система включает как магнитную ловушку, так и технологии нагрева, поддержания и управления плазмой, обеспечивающие протекание требуемых термоядерных реакций, а также технологии эффективного извлечения и преобразования энергии. Система может быть использована в качестве источника тепловой и электрической энергии, а также для технологических приложений в качестве мощного источника нейтронов.

Реакционная способность альтернативных (не содержащих тритий) топлив:D – D, D – He3, включая p – B11, где реакции синтеза протекают без выделения нейтронов, по меньшей мере в сто раз ниже, чем в дейтерий‑тритиевой реакции при сравнимом давлении плазмы. Для поддержания стационарной термоядерной реакции это давление должно уравновешиваться давлением магнитного поля. Отсюда следует, что важнейшей задачей является создание такой магнитной ловушки, которая могла бы с высокой эффективностью использовать как технологии генерации сильных магнитных полей, так и их применения для удержания плазмы. Для этих целей хорошо подходят магнитные ловушки открытого типа с осесимметричной линейной конфигурацией. Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН в настоящее время является мировым лидером в области исследований удержания термоядерной плазмы в таких системах.

Поддержание высокой температуры, необходимой для термоядерных реакций, требует развития технологий нагрева плазмы, в том числе атомарными пучками и высокочастотным электромагнитным полем, технологий подавления продольных (что особенно актуально для открытых ловушек) и поперечных потерь, разработки прочих технологий управления, создания и поддержания плазмы. В линейных системах важную роль играют концевые элементы – магнитные пробки, многопробочные или винтовые секции, запирающие поток плазмы, и расширители-диверторы, принимающие этот поток. Разработка эффективных и технически-совершенных таких концевых элементов позволит существенно повысить общую энергетическую эффективность и управляемость всей термоядерной системы.

Центральным элементом инфраструктурного комплекса будет модульная линейная ловушка ГДМЛ (газодинамическая многопробочная ловушка) для создания и удержания плазмы в квазистационарном режиме. Модульность системы позволит оперативно менять её состав для решения различных задач в течение экспериментальных кампаний. Кроме отработки и проверки новых и специфических для линейных ловушек технологий, таких как многопробочное, винтовое и диамагнитное удержание, стабилизация, нагрев и управление плазмой, направленных на достижение основной цели проекта, будет решен ряд смежных научных и технологических задач. В частности, разработка сверхпроводящей магнитной системы ловушки с использованием высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) позволит продвинуть эти смежные технологии.

Презентации проекта.

 

Образовательный потенциал проекта

Одной из целей проекта является подготовка кадров для науки и высокотехнологичных отраслей промышленности. Реализация проекта предполагает применение инновационных решений, которые будут определять передний край промышленных и информационных технологий следующего десятилетия. К таким технологиям можно отнести в первую очередь технологии сверхпроводимости (в том числе - высокотемпературной), силовой электроники, интеллектуальных систем управления и сбора данных, программных средств автоматизации крупных экспериментальных комплексов, включая системы хранения и обработки больших массивов экспериментальных данных; материаловедения, проектирования крупных объектов научной и инженерной инфраструктуры.

Привлечение к этим работам студентов, магистрантов и аспирантов ИЯФ СО РАН и университетов – партнеров в реализации проекта позволит подготовить новое поколение исследователей и инженеров с опытом работы с системами, определяющими мировой уровень науки и технологий. Такое привлечение будет обеспечено за счет выполнения на базе строящегося и функционирующего комплекса производственной практики, курсовых и дипломных работ студентов, и научных исследований магистрантов и аспирантов. Отдельной задачей является подготовка исследователей и инженеров для новой отрасли - термоядерной энергетики, широкое развитие которой можно ожидать во второй половине 21 века. Согласно оценкам, полученным на основе реальной образовательной практики, к выполнению проекта может быть привлечено более 100 студентов, магистрантов и аспирантов.

Уникальной особенностью ИЯФ СО РАН является его тесная интеграция с Новосибирским государственным исследовательским университетом (НГУ) и Новосибирским государственным техническим университетом (НГТУ). Большая часть научных сотрудников ИЯФ СО РАН, которые будут участвовать в реализации проекта, ведут преподавательскую деятельность на общих и специализированных (выпускающих) кафедрах этих университетов. На базе ИЯФ СО РАН действует базовая кафедра физики плазмы НГУ, ведущая подготовку ученых – исследователей в области физики плазы и термоядерного синтеза, и кафедра электрофизических установок и ускорителей, ориентированная на подготовку специалистов в области электрофизики и создания сложных исследовательских и технологических установок. Реализация проекта позволит закрепить и привлечь к преподаванию в указанных университетах новое поколение ученых, совмещающих передовые исследования с преподавательской деятельностью, существенно повысить образовательный потенциал этих организаций, и реализовать новые инновационные образовательные программы.