Для термоядерного реактора ITER изготовлена крупнейшая и мощнейшая магнитная система в мире — она могла бы поднять авианосец

Для международного проекта термоядерного реактора ITER на юге Франции апрель 2025 года выдался термоядерным — в хорошем смысле этого слова. На площадке произошло сразу несколько важных событий, о чём спешит сообщить руководство проекта.

Источник изображения: ITER

Наиболее значимым достижением стало завершение создания всех элементов импульсной сверхпроводящей магнитной системы реактора — как полоидальных магнитов, удерживающих плазму в рабочей камере в форме тора, так и центрального соленоида, индуцирующего ток в плазме для её разогрева. В апреле был изготовлен последний, шестой, элемент соленоида — это произошло в США на предприятии компании General Atomics. Его ещё предстоит доставить во Францию, а затем собрать все компоненты вместе, однако это произойдёт позже — уже после монтажа рабочей камеры токамака.

Полностью собранная система импульсных магнитов будет весить почти 3000 тонн. Сила их электромагнитного поля будет такова, что сможет поднять целый авианосец. Шесть кольцевых магнитов полоидального поля, предназначенных для удержания плазмы вдали от стенок рабочей камеры, были изготовлены Россией, ЕС и Китаем.

Значительную часть сверхпроводников для этих магнитов произвели в России — это около 120 тонн ниобий-титановых (NbTi) сверхпроводников для полоидальных магнитов (40 % от необходимого объёма) и около 20 % ниобий-оловянных (Nb₃Sn) сверхпроводников для тороидальных магнитов. Также в России были созданы гигантские токопроводящие шины, обеспечивающие питание магнитов необходимым напряжением и силой тока, а также верхние заглушки для вакуумных камер.

Несмотря на все трудности и очередной перенос сроков по запуску реактора ITER с 2035 года на 2039 год, в 2024 году строительные работы по проекту были полностью завершены. Кроме того, на площадку доставили большую часть основных компонентов реактора, и сейчас он фактически находится на стадии сборки. В частности, в апреле 2025 года первый сегмент вакуумного сосуда (рабочей камеры) был установлен в шахту токамака примерно на три недели раньше запланированного срока.

Последний (шестой) сегмент центрального соленоида реактора ITER

Напомним, это уже второй подход по началу сборки рабочей камеры реактора в шахте проекта. Когда два года назад туда первый раз опустили два первых сегмента, обнаружилось несоответствие в размерах сопрягаемых элементов и сегменты пришлось поднимать из шахты для подгонки. Теперь все несоответствия устранены, и началась окончательная сборка вакуумной камеры — своеобразного «пончика», внутри которого будет циркулировать плазма, разогретая до 150 миллионов градусов Цельсия.

В конечном итоге дейтерий и тритий в виде газа должны быть нагреты в рабочей камере до состояния плазмы, когда атомы теряют свои электроны. Это похоже на процессы, происходящие в звёздах, где ядра водорода преодолевают кулоновское отталкивание и сливаются, образуя гелий и выделяя огромное количество энергии. В звёздах этот процесс происходит под воздействием колоссальной гравитации, поэтому температура в их недрах — всего около 15 миллионов градусов. На Земле такую гравитацию воспроизвести невозможно, поэтому требуется намного более высокая температура.

Также невозможно повлиять на квантовые процессы, происходящие при термоядерном синтезе. Во многом реакция возможна благодаря квантовой неопределённости: ядра водорода туннелируют сквозь потенциальный барьер, преодолевая кулоновское отталкивание. Ни одной гравитации и тепла было бы недостаточно для запуска самоподдерживающейся термоядерной реакции — ни в звезде, ни в реакторе. Поэтому звёзды светят, прежде всего, благодаря квантовой природе нашего мира.

Ожидается, что при полной загрузке ITER будет вырабатывать 500 МВт энергии термоядерного синтеза, потребляя при этом лишь 50 МВт входной тепловой энергии. При такой эффективности большая часть энергии будет поступать от саморазогрева плазмы, превращая её в устойчивую «горячую» среду.

Генеральный директор ITER Пьетро Барабаски (Pietro Barabaschi) отметил: «Уникальность ITER заключается не только в его технической сложности, но и в формате международного сотрудничества, который позволил проекту выжить в условиях меняющегося политического ландшафта. Это достижение доказывает, что, когда человечество сталкивается с экзистенциальными проблемами, такими как изменение климата и энергетическая безопасность, мы можем преодолеть национальные разногласия и найти решения. Проект ИТЭР — это воплощение надежды. С помощью ИТЭР мы показываем, что устойчивое энергетическое будущее и мирный путь вперёд возможны».

В проекте задействованы тысячи учёных и инженеров из 33 стран, однако в первую очередь он опирается на устойчивое партнёрство семи ключевых участников: Китая, Европы, Индии, Японии, Кореи, России и США