Аналитика - Генерация энергии

На 10 лет позже, на €5 млрд дороже: запуск ITER снова откладывается

04.07.24 14:59

Испытания Международного экспериментального термоядерного реактора ITER, строящегося во Франции с участием 33 стран, включая Россию, перенесены на 2034 год — почти на десятилетие позже, чем планировалось ранее, а стоимость самого амбициозного в мире энергетического проекта вырастет как минимум на €5 млрд.

«Iter» на латыни означает «путь»

Участники проекта создают крупнейший в мире токамак — магнитное устройство, разработанное для доказательства возможности термоядерного синтеза как крупномасштабного и безуглеродного источника энергии, работающего по тем же законам физики, как наше Солнце и другие звезды. ИТЭР должен выполнить поставленные перед ним задачи – работать не менее 40 секунд с генерируемой мощностью 500 МВт при потребляемой мощности 50 МВт.

International Thermonuclear Experimental Reactor, аббревиатура которого совпадает с латинском словом «путь», после многочисленных переносов старта проекта заставляет вспомнить фразу: «У самурая нет цели, есть только путь». Первоначально предполагалось, что ITER вступит в начальную фазу эксплуатации в 2016 году, но затем сроки неоднократно сдвигались. Ожидалось, что в 2025 году установка наконец заработает.

Однако сейчас генеральный директор ИТЭР Пьетро Барабаски назвал новые даты окончания строительства: первые эксперименты с использованием термоядерного топлива — смеси дейтерия и трития (D–T) начнутся в 2034 году, а полноценная работа реактора намечена на 2039 год. Если планы сбудутся, проект воплотится в жизнь через 50 лет после того, как был впервые задуман в 1985 году. Новый «базовый уровень» был согласован в качестве «рабочего эталона» руководящим советом ИТЭР и будет дополнительно рассмотрен перед очередной встречей в ноябре.

ИТЭР — экспериментальный термоядерный реактор, который в настоящее время строится в Кадараше на юге Франции примерно в 70 км к северо-западу от Марселя. Ожидается, что его стоимость составит десятки миллиардов евро. Это совместный проект Китая, Европы, Индии, Японии, Кореи, России и США, к которому позже присоединились и многие другие страны. Конструкция весом 23 000 тонн и имеющая высоту почти 30 метров, расположится в центре комплекса площадью 180 гектаров вместе со вспомогательными помещениями и оборудованием.

Барабаски отмечает, что с 2020 года стало «ясно», что дата «первой плазмы» в 2025 году больше не достижима. Это было связано с несколькими причинами, одной из которых была пандемия COVID-19, которая привела к задержкам в цепочке поставок и проблемам в контроле качества.

Так, секторы вакуумной камеры, где должна циркулировать плазма, оказались изготовленными с несоблюдением размеров, также выявлены дефекты сварки в трубах системы охлаждения. В начале 2022 года Французское управление по ядерной безопасности ненадолго остановило сборку из-за опасений по поводу радиологической защиты. Глава ИТЭР подчеркнул, что даже без выявления брака прежние сроки выдержать было нельзя, настолько затянулось строительство. «Конечно, задержка ИТЭР идёт не в правильном направлении, — заявил Барабаски во время брифинга. — Что касается влияния ядерного синтеза на энергетические проблемы, с которыми сейчас сталкивается человечество, нам не следует ждать, пока ядерный синтез решит их. Это неразумно».

По его словам, должностные лица начали работать над более реалистичным графиком строительства, чтобы обеспечить больше испытаний определенных компонентов, таких как гигантские катушки тороидального поля D-образной формы, которые будут использоваться для удержания плазмы.

Теперь планируется начать эксперименты в 2034 году с плазмой, состоящей только из дейтерия, но с большим количеством установленных систем по сравнению с предыдущей базовой линией «первой плазмы» в 2025 году. Исследования токамака будут проводиться чуть более двух лет. Затем реактор будет остановлен для дальнейшей сборки и подготовки к эксплуатации D-T, которая, как теперь ожидается, начнется в 2039 году.

Выступая на пресс-конференции, Барабаски отметил, что задержка обойдется в дополнительные 5 млрд евро.

Сибилла Гюнтер, научный директор Института физики плазмы Макса Планка в Гархинге (Германия) говорит, что, несмотря на то, что новость «не является поводом для оптимизма», ИТЭР по-прежнему актуален и необходим. «Мы не знаем ни одного проекта, который проанализировал бы проблемы так же всесторонне, как ИТЭР в обозримом будущем, — сказала она. — ИТЭР уже достиг новаторских инженерных работ на данный момент, что будет важно для всех проектов термоядерного синтеза, которые сейчас реализуются, и тех, которые еще будут».

Тем временем в конструкцию ИТЭР были внесены некоторые изменения. Материал, используемый для «первой стенки», которая непосредственно обращена к плазме, изменится с бериллия на вольфрам. Барабаски отмечает, что вольфрам более уместен для потенциальной демонстрационной термоядерной установки, известной как Demo.

На этой неделе пришла новость о том, что 19 катушек тороидального поля были завершены и доставлены на площадку ИТЭР. Каждая катушка, изготовленная из ниобия-олова и ниобия-титана, имеет высоту 17 м и ширину 9 м и весит около 360 тонн. Они будут генерировать магнитное поле силой 12 Тл и хранить 41 ГДж энергии.

Уже не в первый раз ИТЭР приходится пересматривать свой бюджет и сроки. Первоначально планировалось, что стоимость проекта составит около $5 млрд, а испытания начнутся в 2020 году. На сегодняшний день бюджет превысил $22 млрд, а дата испытаний не установлена. Дополнительные расходы, по словам Барабаски, составят около $5,4 млрд.

Задержка ИТЭР может привести к тому, что на первый план выйдут термоядерные проекты, финансируемыми из частных источников. Компании Commonwealth Fusion Systems и Tokamak Energy используют меньшие версии такого же реактора и планируют начать испытания прототипов уже в этом десятилетии.

Барабаски «очень скептически относится» к тому, что любые стартапы, обещающие коммерческую эксплуатацию к 2040 году, смогут достигнуть своих целей. «Даже если бы сегодня нам удалось запустить термоядерный синтез, я не верю, что мы сможем осуществить его коммерческое внедрение к 2040 году, — сказал он. — Нам придётся решить ряд других технических проблем, чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным».

Зажечь Солнце на Земле

Экспериментальная кампания, которая будет проводиться на ITER, имеет решающее значение для развития науки о термоядерном синтезе и подготовки пути для термоядерных электростанций будущего.

Основной целью ITER является исследование и демонстрация плазмы, в которой энергии ядер гелия, образующихся в результате термоядерных реакций, достаточно для поддержания температуры плазмы, тем самым уменьшая или устраняя необходимость во внешнем нагреве. Кроме того, ITER проверит доступность и интеграцию технологий, необходимых для термоядерного реактора (таких как сверхпроводящие магниты, дистанционное обслуживание и системы отвода энергии из плазмы), а также обоснованность концепций модулей воспроизводства трития.

Россия участвует в проекте сразу в нескольких форматах: обеспечиваются финансовые взносы в бюджет Международной организации ИТЭР; реализуется изготовление и поставка 25 систем сложнейшего высокотехнологичного оборудования (9% от стоимости сооружения реактора по техническому проекту). В проекте работает российский персонал, прикомандированный к ИТЭР. Выполнение работ по проекту поддерживает научные и инженерные коллективы на российских предприятиях, формируя кооперацию с другими институтами и организациями, а также обеспечивая подготовку высококвалифицированных специалистов в ряде университетов (МИФИ, МФТИ, НГУ, ЛГУ, МГУ и других).

Фото: ITER