I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» - презентация

1 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» ПРОЕКТ ИТЭР – ШАГ В ЭНЕРГЕТИКУ БУДУЩЕГО МФТИ (ГУ), г. Долгопрудный, г. А.В. Красильников, д.ф.-м.н. Директор Частного учреждения «ИТЭР-Центр»

2 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» ITER I nternational T hermonuclear E xperimental R eactor Большой радиус плазмы: 6.2 м Объем плазмы: 840 м3 Ток плазмы: 15 MA Плотность плазмы: м-3 Темп. плазмы: 20 кэВ или 200 млн. град. Термоядерная мощность: 500 MВт ИТЭР – первый в мире международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР – крупнейший современный международный научно-технический проект ИТЭР – важный шаг в энергетику будущего

3 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» История Проекта 1985 г. Инициатива СССР по ИТЭР (М.С. Горбачев, Е.П. Велихов) 1986 г. Начало переговоров по ИТЭР (СССР, США, Япония, Европа) гг. Стадия концептуального (эскизного) проекта ИТЭР гг. Стадия инженерного (технического) проекта ИТЭР, начало НИОКР по ключевым проблемам и системам реактора гг. Проект ИТЭР со сниженной в 2 раза стоимостью, проведение НИОКР в обоснование проекта гг. Доработка инженерного проекта ИТЭР и завершение переговоров по выбору площадки 2006 г. Подписание Соглашения о строительстве ИТЭР 2007 г. Создание Международной Организации ИТЭР

4 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Токамак Схема классического ТОКАМАКа Катушки полоидального магнитного поля 2. Вакуумная камера 3. Индуктор 4. Плазма 5. Катушки тороидального магнитного поля В основе ИТЭР лежит термоядерная установка ТОКАМАК (ТОроидальная КАмера МАгнитная Катушка), концепцию которой предложили в 50-х годах выдающиеся российские ученые академики И.Е. Тамм и А.Д. Сахаров и развили впоследствии академики Л.А. Арцимович, М.А Леонтович и Б.Б. Кадомцев

5 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Термоядерный синтез Схема реакции синтеза Слияние ядер дейтерия и трития – наиболее осуществимая термоядерная реакция D–T смесь должна быть нагрета до 100 млн. С° (в 5 раз больше, чем t° в недрах Солнца) D–T газ превращается в полностью ионизированную плазму D + и T + реагируют с образованием нейтрона и ядра гелия (α- частицы) Выделяемая энергия равна 17,6 МэВ на один акт реакции

6 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Наработка трития Дейтерий содержится в обычной воде, и технология его получения из воды хорошо отработана. Тритий практически отсутствует на Земле, но его можно получить, если нейтрон провзаимодействует с литием (Li) Оба изотопа лития Li6(7,5%) и Li7(92,5%) генерируют тритий в реакциях: Li7 + n = He4 + T + n – 2,47 MэB, Li6 + n = He4 + T + 4,8 MэB.

7 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Термоядерная энергетика Термоядерное топливо неисчерпаемо и, что важно, равномерно распределено по планете В первом контуре - преобразование кинетической энергии термоядерных нейтронов в тепловую энергию теплоносителя и наработка трития Во теплообменнике – разогрев теплоносителя (вода) второго контура и генерация пара Во турбинном генераторе производство электроэнергии

8 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Международная организация ИТЭР Участниками Проекта ИТЭР являются: Европейский Союз, Китай, Индия, Япония, Республика Корея, Российская Федерация, Соединенные Штаты Америки Соглашение официально вступило в силу 24 октября 2007 г. 21 ноября 2006 г. в Елисейском дворце (Париж, Франция) представителями семи стран-участниц Проекта ИТЭР было подписано Соглашение о создании Международной организации ИТЭР Начаты работы по закладке фундамента для будущей установки Руководителями делегаций партнёров заложен первый камень в основание фундамента Штаб-квартиры Организации ИТЭР На переднем плане Генеральный директор МО ИТЭР О.Мотоджима Руководитель делегации РФ И.В.Боровков

9 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Вклад России в ИТЭР Вклад России в Проект ИТЭР составляет 9,09% от стоимости сооружения ИТЭР и реализуется в виде изготовления и поставки уникального высокотехнологичного оборудования Коммутирующее оборудование для системы питания Купол диверторных кассет Катушка полоидального магнитного поля Кабель сверхпроводника для катушек полоидального и тороидального магнитного поля Верхние патрубки для вакуумной камеры ИТЭР Компоненты первой стенки, механические опоры и электрические соединители бланкета Проведение испытаний диверторных компонент, обращенных к плазме Девять систем диагностики для измерения параметров плазмы Установки для испытаний заглушек портов Криостаты для холодных испытаний сверхпроводников

10 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» - Агентство ИТЭР РФ Основные функции Агентства ИТЭР 1. Организация и контроль качества проектирования и изготовления систем ИТЭР в рамках ответственности Российской Федерации. 2. Организация поставок и ввода в эксплуатацию на установке ИТЭР создаваемых в России систем. 3. Подготовка, заключение и сопровождение соглашений об изготовлении и поставке, внешних контрактов и внутренних договоров. 4. Создание баз данных по интеллектуальной собственности и термоядерных технологий, разработанных в рамках Проекта ИТЭР и организация доступа к аналогичным базам данных партнёров. 5. Организация информационных сетей, удалённого участия в экспериментах и видеоконференций. 6. Обеспечение взаимодействия с организацией ИТЭР и международной кооперации с партнёрами. Распоряжением Правительства РФ от 26 января 2011 г. 75-р обязанности по обеспечению внесения вклада Российской Федерации в натуральной форме в Международную организацию ИТЭР возложены на Частное учреждение ГК «Росатом» «Проектный центр ИТЭР»

11 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Осн. поставщики Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» (Государственный заказчик) Федеральное государственное учреждение Российской научный центр «Курчатовский институт» (Агентство ИТЭР РФ до 2011 г.) Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры имени Д.В. Ефремова» Всероссийский научно- исследовательский проектно- конструкторский и технологический институт кабельной промышленности Открытое акционерное общество «Ордена Ленина Научно- исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля» Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук Институт прикладной физики Российской академии наук

12 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Системы Диагностическая система для спектроскопии водородных линий Диагностика основана на измерении временного поведения и пространственного распределения яркости, а также формы спектров видимых линий бальмеровской серии водорода Полоидальная катушка магнитной системы ИТЭР Система полоидального магнитного поля (PF1 является одной из шести катушек) расположена снаружи тороидальной магнитной системы ИТЭР и обеспечивает полоидальное магнитное поле, необходимое для создания плазмы, поддержания тока в ней и управления положением и формой плазмы Установки для испытаний порт-плагов Испытательные стенды для экваториальных и верхних порт-плагов (PPTF) разрабатываются для проведения предварительных тепловых, вакуумных и функциональных испытаний порт-плагов до установки их на токамак.

13 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Системы Верхние патрубки вакуумной камеры ИТЭР Патрубки вакуумной камеры предназначены для установки систем диагностики и нагрева плазмы, вакуумной откачки и доступа внутрь камеры в процессе эксплуатации установки. Патрубки, как и вакуумная камера в целом, являются первым барьером безопасности ИТЭР и относятся к оборудованию, работающему под давлением с радиоактивными материалами Гамма спектрометрическая система для диагностики плазмы ИТЭР Диагностика предназначена для измерения распределения и динамики движения энергичных ионов в полоидальном сечении реактора. Контроль движения энергичных ионов – одна из важнейших задач в диагностике плазмы ИТЭР Оборудование для ЭЦР нагрева и генерации тока Одним из обязательств России в рамках Проекта ИТЭР является изготовление и поставка оборудования для ЭЦР нагрева и генерации тока – гиротрона 170 ГГц /1МВт

14 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Системы Дом-лайнер для диверторных кассет и Компоненты 1-й стенки Первой материальной границей, удерживающей горячую плазму в термоядерном реакторе, являются диверторная мишень и первая стенка. Первая стенка непосредственно обращена в плазму и защищает системы ИТЭР от тепловых потоков. Дом-лайнер обращен в плазму и защищает системы ИТЭР от тепловых и корпускулярных потоков Анализаторы атомов перезарядки Lenpa и Henpa Анализаторы атомов перезарядки LENPA и HENPA – Нейтральная диагностика – одна из важнейших составляющих диагностической системы ИТЭР. Нейтральная диагностика основана на измерении абсолютных потоков и анализе энергетических спектров атомов перезарядки, испускаемых плазмой Нейтронная диагностика ИТЭР Нейтронная диагностика, разработка и поставка которой поручена России в рамках совместной реализации проекта ИТЭР, представляет собой одну из ключевых диагностических систем, которая позволит прямыми измерениями продемонстрировать достижение термоядерного синтеза в реакторном масштабе

15 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Системы Рефлектометрическая диагностика ИТЭР Рефлектометрическая диагностика (HFS рефлектометрия) – одна из важнейших составляющих диагностической системы ИТЭР. В основу диагностики положен физический принцип отражения электромагнитных волн от плазмы Сверхпроводники магнитной системы ИТЭР Сверхпроводники предназначены для изготовления обмоток катушек магнитной системы ИТЭР и представляют собой уникальное кабельное изделие, содержащее более тысячи единичных сверхпроводящих проволок, каждая из которых содержит более 10 тысяч тончайших (2-6 микрон) сверхпроводящих волокон Коммутационное оборудование для системы питания ИТЭР Результаты многолетней работы в этой области, достигнутые российскими учеными и инженерами, послужили основой того, что поставка всего комплекса коммутационного оборудования была поручена Российской Федерации

16 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Системы Активная корпускулярно-спектроскопическая диагностика (CXRS) С помощью CXRS измеряются такие важнейшие параметры плазмы, как профиль ионной температуры, профили скоростей полоидального и тороидального вращения плазмы, а также концентрация и распределение легких примесей внутри плазменного шнура Томсоновское рассеяние в диверторе ИТЭР Основным предназначением данного диагностического комплекса является измерение пространственных распределений электронной температуры и концентрации в самой проблемной области токамака – диверторе – единственном месте токамака, где плазма касается материальной стенки. Контроль параметров плазмы для оптимизации режимов работы дивертора представляется одной из приоритетных задач диагностики томсоновского рассеяния в диверторе Лазерно-индуцированная флуоресценция Лазерно-индуцированная флуоресценция предназначена для измерения параметров гелия и внешних примесей в диверторе. Система также может быть использована для оценки электронной температуры в диверторе

17 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Соглашения о поставке 12 февраля 2008 г. между Агентством ИТЭР РФ и Международной организацией ИТЭР подписано первое Соглашение о поставках оборудования (сверхпроводящий кабель) С этого момента Агентство ИТЭР РФ подписало еще пять Соглашений на изготовление и поставку: Верхних патрубков ИТЭР Диверторных систем Сверхпроводящего кобеля для катушек полоидального поля Коммутационной аппаратуры Катушки полоидального поля (PF1)

18 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Сотрудничество по ИТЭР На территории Проектного центра ИТЭР регулярно проходят важные международные встречи с участием представителей Организации ИТЭР и Агентств ИТЭР стран-участниц Проекта Визит Генерального директора Организации ИТЭР г- на Осаму Мотоджима в НИЦ «Курчатовский институт» г. Координационное совещание представителей Организации ИТЭР и Национальных агентств ИТЭР г. Заседание по планированию и графикам представителей Международной организации ИТЭР и Агентств ИТЭР – г.

19 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Российский сверхпроводник В октябре 2010 г. представителями Российского Агентства ИТЭР совместно с их европейскими коллегами были успешно завершены испытания изготовленного в России полномасштабного Nb-Ti проводника, предназначенного для катушек полоидального поля ИТЭР ПП1&6. Испытания проводились на установке SULTAN в Институте Пауля Шеера (PSI, Швейцария) Предварительная обработка экспериментальных результатов и их анализ позволяют со всей очевидностью заявить, что параметры проводника заметно превосходят требования, предъявляемые к нему Международной организацией ИТЭР

20 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Первая поставка сверхпроводящего NbTi кабеля партнёрам В конце августа 2011 г. с территории ОАО «ВНИИКП» были отправлены в Европу четыре медные и один ниобий-титановый макет кабеля полоидального поля ИТЭР. Данные макеты предназначены для: -разработки технологии производства катушек полоидального поля PF1, - изготовления проводника (затягивания кабеля в джекет и компактирование проводника), - а также для симуляции двойной дисковой намотки.

21 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Изготовление и испытания Nb 3 Sn сверхпроводника В августе 2011 г. специалисты ОАО «ВНИИКП», головной организации по изготовлению в России проводников для ИТЭР, завершили изготовление 760 метрового медного макета проводника тороидального поля ИТЭР. Данная Длина – это первая из Длин, предназначенная для квалификации процесса производства проводников, которая включает в себя квалификацию наиболее значимых процессов. Одобрение макета означает завершение ввода в эксплуатацию линии джекетирования и переход к промышленному производству проводника тороидального поля. Первый Nb 3 Sn сверхпроводник Джакетирование Nb 3 Sn сверхпроводников в ИФВЭ (Протвино)

22 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Создание гиротронов (ИПФ, ГИКОМ) Успешно проведены испытания оборудования для ЭЦР нагрева и генерации тока – гиротрона 170 ГГц /1МВт – который является одним из ключевых элементов ИТЭР. Проведенные в НИЦ «Курчатовский институт» испытания показали результаты 1,05 МВт / 500 сек. и 0,8 МВт / 1000 сек., что полностью соответствует требованиям ИТЭР

23 I NTERNATIONAL T HERMONUCLEAR E XPERIMENTAL R EACTOR Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом» «Проектный центр ИТЭР» Значимость 1 Мощный импульс для развития национальной программы термоядерных исследований и развитие ряда научных школ и высокотехнологич- ных отраслей промышленности 2 Полный доступ к технологиям и разработкам Проекта ИТЭР 3 Отработка технологий строительства аналогичных термоядерных установок, подготовка научных и инженерных кадров Что даст России участие в Проекте ИТЭР