Термоядерные исследовантельские центры в россии: Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований

Содержание

Термояд в приближении

Почему направление «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и плазменных технологий» было выбрано в числе приоритетных в рамках РТТН?

Виктор Ильгисонис: Если отвечать кратко, то причин три. Первая — общенаучная значимость направления: никакая другая задача не ощущается столь важной для человеческого общества, как эта. Освоение термоядерного синтеза — это вызов научной силе человечества, который был сделан в ХХ веке и до сих пор актуален.

Вторая причина — отраслевая значимость. Управляемый термоядерный синтез (УТС) — неизбежное будущее для ядерной энергетики; к тому же работа над ним исторически находилась в зоне ответственности и сфере интересов Минсредмаша, потом — Министерства РФ по атомной энергии. Кому же, как не Росатому, продолжать этим заниматься?

Ну и третья причина — это, если можно так сказать, личные интересы ученых. Сам я, например, больше 30 лет занимаюсь управляемым термоядерным синтезом и физикой плазмы. Национальную программу по этому направлению мы разработали значительно раньше появления комплексной программы РТТН. Это была инициатива Курчатовского института, и уже к концу 2016 года мы имели соответствующее предложение по термоядерной программе. Оно обросло иными задачами отраслевой важности, крупными проектами, которые в итоге все вместе и составили РТТН.

Какие ключевые проекты реализуются в рамках этого направления?

Виктор Ильгисонис: В рамках федерального проекта «Термоядерные и плазменные технологии» реализуются пять подпрограмм.

Первая и основная — это развитие базовых термоядерных технологий. Что это значит? Освоение термоядерной энергии может идти двумя путями. Первый, «классический» — создание «чистого» термоядерного энергетического реактора на основе реакций слияния ядер легких изотопов водорода. Такой реактор будет обладать очень низкой радиоактивностью и повышенной безопасностью, а топливные ресурсы будут для него практически неисчерпаемы.

Второй путь, более близкий к реализации и позволяющий внедрить термоядерные технологии в круг задач атомной энергетики, — создание гибридного реактора. Его основная задача — наработка топлива для существующих атомных станций с использованием термоядерных нейтронов.

Базовыми мы называем технологии, которые будут востребованы, по какому бы пути ни пошло развитие термоядерной энергетики (создание «чистого» или гибридного реактора). В любом случае плазму нужно будет создать и удержать, обеспечить нагрев и поддержание тока — последнее обязательно, если говорить о самых популярных термоядерных устройствах — токамаках.

На развитие гибридных технологий нацелена вторая подпрограмма федерального проекта. Необходимо отработать целый ряд процессов, в том числе весьма принципиальных, начиная от схемы и техники использования высокоэнергичных нейтронов, вырабатываемых в термоядерном источнике, разработки и имплементации соответствующей расчетной базы по нейтронике, сечениям ядерных реакций, кинетическим процессам и пр. до конструкторских решений по подаче топлива и сырья, обращения с топливом и материалами бланкета, по системам охлаждения и обеспечения безопасности.

Третья подпрограмма связана с имплементацией перспективных инновационных плазменных технологий. Это направление должно служить демонстрацией эффективности тех усилий, которые затрачивались на протяжении десятков лет на термоядерные исследования. Термоядерный синтез — цель неблизкая. Однако мы уже научились работать с плазмой, изучили ее взаимодействие с различными материалами. Оказалось, что этот опыт востребован в современной индустрии, в медицине, машиностроении и других областях. Примеры самые разнообразные: плазменные телевизоры, скальпели, плазмотроны не появились бы без понимания плазменных процессов и опыта обращения с этой капризной субстанцией.

Четвертая подпрограмма — это технологии лазерного УТС, разновидности так называемого инерциального термоядерного синтеза. В его основе — осуществление микровзрывов термоядерного горючего с последующей утилизацией выделяющейся энергии. Собственно, это аналог использования в гражданских целях хорошо освоенных термоядерных устройств большего масштаба. Такие микровзрывы можно осуществить, используя для воздействия на мишень различные внешние системы. Наиболее эффективная из них — лазерная. Как известно, в РФЯЦ ВНИИЭФ строится крупнейшая мегаджоульная лазерная установка. Однако подпрограмма, о которой мы говорим, подразумевает не прямое продолжение этих исследований, а создание заделов на перспективу, попытки разработать новые технологии в лазерной технике. На этом пути, разумеется, решаются более широкие задачи. Так, вместе с РАН мы задумались о принципиально новом устройстве для физических исследований — сверхмощном источнике светового излучения, с помощью которого можно исследовать фундаментальные свойства материи. Работа ведется в рамках третьего федерального проекта программы РТТН. В 2024 году работа, конечно, не завершится, но мы сделаем несколько очень важных шагов в данном направлении. Кстати, эта тема крайне интересна участникам стартовавшего недавно проекта Национального центра физики и математики (НЦФМ) в Сарове.

Наконец, последняя, пятая подпрограмма — обеспечивающая: она направлена на разработку нормативной базы для термоядерной энергетики, а также на создание системы информационного обмена. Дело в том, что развитие термоядерной энергетики подразумевает появление принципиально новых устройств, которые могут представлять и определенную радиационную опасность, и опасность с точки зрения обращения с делящимися материалами (гибридный реактор). Поэтому необходима разработка соответствующей нормативной документации, обеспечивающей корректное обращение с этими устройствами, причем эта работа должна вестись с привлечением международных институтов. Такие задачи стоят сейчас перед всем мировым термоядерным сообществом.

Также создается информационная платформа, объединяющая всех участников федерального проекта в единой базе. Она предусматривает не только и не столько оперативную связь, сколько обмен в реальном времени экспериментальными данными и даже управление экспериментами на действующих термоядерных установках, которые находятся в исследовательских центрах по всей стране.

Какие задачи были решены в 2021 году и какое развитие они получили в 2022‑м?

Кирилл Ильин: Я расскажу о результатах в той же логике реализуемых подпрограмм федерального проекта.

В мае прошлого года на площадке Курчатовского института был запущен токамак Т‑15МД. Это важная веха развития базовых термоядерных технологий. Сейчас в России работают три основные установки типа токамак: Т‑15 МД (Москва), Т‑11М на площадке ГНЦ РФ ТРИНИТИ (Троицк), сферический токамак «Глобус-М» в ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург). На каждой из них в прошлом году был проведен полный набор работ. В ФТИ им. А. Ф. Иоффе была создана антенна для ионно-циклотронного нагрева плазмы. На Т‑11М осуществлена внешняя дозаправка жидким литием его эмиттерной системы в работающем токамаке, без нарушения вакуума. Это существенный шаг к реализации разрабатываемой концепции жидкометаллической защиты первой стенки и дивертора токамака, обеспечивающей таковую в непрерывном режиме в течение всего рабочего цикла токамака.

Основную часть работ по второй подпрограмме — созданию гибридных технологий — выполняет НИЦ «Курчатовский институт». В 2021 году было разработано техническое задание на создание твердотельной бланкетной системы, начата разработка проекта гибридного реактора.

Третье направление — лидер по количеству реализуемых проектов. В их числе — создание мощного плазменного ракетного двигателя — устройства, которое когда-нибудь сделает возможными командировки на Марс. Этой работой занимаются три коллектива: из Курчатовского института, ГНЦ РФ ТРИНИТИ и Центра Келдыша. Главная задача экспериментальных исследований Курчатовского института — получить максимальную энергетическую эффективность и отработать методы создания и нагрева плазмы в безэлектродном плазменном двигателе, который должен обладать повышенным ресурсом. Макет двигателя с высокотемпературной сверхпроводниковой магнитной системой мощностью до 100 кВт должен быть завершен уже в 2022 году. Затем на экспериментальном стенде будут исследоваться его основные характеристики.

В Центре Келдыша ведутся работы по оптимизации параметров электрореактивных двигателей нового поколения, холловского и ионного. На их основе разработан эскизный проект двигательного модуля, построенного по кластерному принципу. Разработаны, изготовлены и испытаны макеты ключевых элементов этого модуля. К 2024 году планируется завершить его изготовление и приступить к испытаниям.

Третий проект (он реализуется в ГНЦ РФ ТРИНИТИ) — создание прототипа плазменного двигателя с повышенными параметрами тяги и удельного импульса на базе магнитоплазменного ускорителя. В прошлом году на квазистационарном плазменном ускорителе был получен удельный импульс выше 100 км/с для водородной плазмы в режиме однократных импульсов — основной параметр для данной системы. Это позволит достичь целевых показателей прототипа при переходе в частотный режим работы и иметь тяговую мощность в 300 кВт при КПД выше 55%. В этом году планируется подтверждение ресурса электродов, для того чтобы система выдержала длительные перелеты.

Также в рамках РТТН в ГНЦ РФ ТРИНИТИ к 2024 году будет создан компактный интенсивный источник нейтронов для испытаний материалов, применяемых в термоядерной энергетике. Установка уже собрана на 50%: разработаны новый мощный импульсный ускоритель плазмы, конденсаторный накопитель для его питания с запасаемой энергией 2,2 МДж, а также комплекс плазменной диагностики.

Кроме того, в ГНЦ РФ ТРИНИТИ и Курчатовском институте ведутся работы по созданию опытных и промышленных установок для улучшения с помощью плазменных технологий эксплуатационных свойств материалов и конечных изделий, применяемых в медицине и машиностроении.

О программе — Образовательные программы НИЯУ МИФИ

Магистратура

16.04.02 Высокотехнологические плазменные и энергетические установки

Институт лазерных и плазменных технологий (ЛаПлаз)

Кафедра физики лазерного термоядерного синтеза (Каф.069)

О программе

Назначение и цели программы:

Подготовка магистров к профессиональной научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности в области физики и применения мощных лазеров и лазерного термоядерного синтеза, диагностики плазмы, обеспечение их универсальными, общепрофессиональными компетенциями, а также необходимыми знаниями и навыками для работы установках высоких плотностей энергии.

Направление:

16.04.02 Высокотехнологические плазменные и энергетические установки

Квалификация:

Магистр

Руководитель программы:

Кузнецов Андрей Петрович (директор Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ)

Формы и сроки обучения:

2 года (очная форма)

Языки обучения:

Русский и английский

Дополнительные сведения:

Применяются электронные и онлайн технологии

Лицензирование и аккредитация программы

Профессионально-общественная аккредитация

Свидетельство №СПКАЭ/001/025
от 05.03.2021 (СПК АЭ)
.

Утверждение и актуализация программы

Протокол №3
от 30.08.2021 (НТС ЛАПЛАЗ).

Основные организации-партнеры

Основные работодатели и заказчики образовательной программы.
С полным списком работодателей и предприятий для прохождения практик можно ознакомиться здесь

АО «Государственный научный центр Российской Федерации — Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований»

ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

ФГУП «Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики»

ФГУП «Российский Федеральный Ядерный Центр -Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. академика Е.И. Забабахина»

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН»

Учебные планы

Набор 2022 (очная форма, 2 года)

Набор 2021 (очная форма, 2 года)

О программе

Учебные планы

Характеристика программы
(. sig)

Образовательный стандарт НИЯУ МИФИ
(.sig)

Федеральный государственный образовательный стандарт

Российский Троицкий институт развивает термоядерные и плазменные исследования

15 февраля 2021 г.

Распечатать
Эл. адрес

Российский Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (Тринити) в Москве планирует построить новый термоядерный реактор к 2030 году, сообщил «Стране Росатома» 9 февраля заместитель генерального директора Кирилл Ильин.

Объект будет построен в рамках более широкой программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии на период до 2024 года» (РТТН).

Ильин сказал, что программа RTTN является крупным мероприятием, и более половины института будет задействовано в подготовительных работах по реконструкции.

Тринити (входит в Росатом, ранее филиал Курчатовского института) не видел такого капитального строительства с 1980-х годов. В прошлом году началась реструктуризация и развернулись подготовительные исследования, поддержанные государственной программой «Развитие атомно-энергетического комплекса», в которой есть специальный раздел по термоядерным исследованиям и плазменным инновационным технологиям. Это заложило основу для реализации мероприятий в рамках RTTN.

«Мы разработали отдельные элементы плазменного ракетного двигателя и создали прекрасный диагностический стенд для проверки этих элементов», — сказал Ильин. «Мы также завершили технический проект малогабаритной установки плазменной обработки материалов — мощного источника нейтронов для испытаний материалов для перспективных термоядерных реакторов. Наши коллеги из Научно-исследовательского института неорганических материалов им. А. А. Бочвара (ВНИИНМ) сделали первые шаги к созданию магнитных систем для безэлектродных плазменных ракетных двигателей. Курчатовский институт приступил к разработке проекта самого двигателя. Среди наших партнеров Курчатовский институт, организации Минобрнауки, институты Российской академии наук».

По программе RTTN планируется создание трех модификаций плазменных ракетных двигателей. В то время как Курчатовский институт отвечает за безэлектродный двигатель, усовершенствованные ионные и холловские двигатели будут разрабатываться в Институте прикладной математики им. Келдыша (Российская академия наук) в Москве.

«Задача Тринити — плазменный ракетный двигатель на базе магнито-плазменных ускорителей. Эти аппараты нужны для разных целей: одни откроют новые возможности на околоземной орбите, другие позволят исследовать дальний космос», — сказал Ильин. Сотрудничество в рамках RTTN широкое, с участниками со всей России. Для лучшей организации взаимодействия будут использованы системы, разработанные в Институте реакторных материалов в г. Заречном (бывший Свердловский филиал НИЭИ им. Н.Н. Доллежаля – Никиэт).

«Там была разработана концепция сетевого научного центра: объединения ведущих научных организаций, способных решать задачи с более глобальным подходом», — пояснил Ильин. «Концепция цифровой платформы была создана, чтобы помочь отслеживать ход совместных проектов. Платформа также служит коммуникационной платформой, где люди могут координировать действия в рамках исследования. Сейчас часть этой концепции реализована в виде отраслевого проекта – «Международный исследовательский центр перспективных ядерных технологий» на острове Русский».

Ильин сказал, что термоядерная установка нового поколения будет построена на площадке Тринити, где сейчас находится токамак сильного поля TSP. Токамак TSP начал работу в 1987 году, но был приостановлен из-за нехватки средств после распада СССР. Имеет четыре здания-спутника со вспомогательной инфраструктурой. Капитальная реконструкция запланирована в рамках программы RTTN. «Будут модернизированы четыре ударных генератора, криогенная и вакуумная системы, система охлаждения, создан испытательный стенд, который подтвердит возможности инфраструктуры и отработает отдельные элементы токамаков», — сказал он.

Есть два варианта дальнейшего развития. Первый — это реализация российско-итальянского проекта «Игнитор», который предполагает создание малогабаритного токамака со сверхсильным магнитным полем. Установка этого проекта достаточно продвинутая и многие расчеты уже проведены. Второй вариант — строительство национального токамака с использованием реакторных технологий, которое может начаться в 2022 г., поскольку к 2030 г. на площадке Тринити должен быть построен новый токамак9.0003

Новые установки для термоядерных и плазменных исследований также будут установлены в других местах. Например, токамак Т-15МД в Курчатовском институте скоро заработает на полную мощность. Все объекты, разрабатываемые в рамках программы RTTN, будут иметь общую инфраструктуру. Один из подразделов плазменно-термоядерной секции посвящен гибридным системам – термоядерным реакторам, которые можно использовать не только для выработки электроэнергии, но и для выработки топлива и сжигания младших актинидов. К 2024 году должен быть завершен эскизный проект бланкетной части гибридного реактора. Еще одним направлением исследований и разработок является модификация материалов с использованием плазменных и лазерных технологий. Предварительные эксперименты показывают, что металлы, обработанные плазмой и лазером, приобретают большую коррозионную и износостойкость. Такие материалы нужны и в авиации, и в космосе, и в атомной энергетике. Также ведутся работы по лазерному термоядерному синтезу.

Основными участниками здесь являются Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) в Сарове, где создается самый мощный в мире лазер, и Институт прикладной физики Российской академии наук. — Здесь есть задачи и для Троицы, — сказал Ильин. «Например, мы делаем прототип модуля драйвера для лазера в РФЯЦ-ВНИИЭФ».

Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Русская организация

В Андрея Сахарова

…прибыл на «Установку» (КБ-11 и позже Арзамас-16), расположенную в ставшим секретным советским городом Саров. Под научным руководством Ю. Б. Харитона тремя годами ранее в КБ-11 были начаты работы по разработке и производству советского ядерного оружия. Члены групп Тамма и Зельдовича…

Подробнее

Тамм

Тамм Игоря Евгеньевича
…секретная установка, известная как Арзамас-16 (около современного поселка Саров) для работы под руководством физика Юлия Харитона в проекте термоядерной бомбы. Одна конструкция бомбы, известная как Слойка («Слоеный пирог»), успешно прошла испытания 12 августа 1953 года. Тамм был избран действительным членом Академии…

Подробнее

Термоядерное оружие

В ядерном оружии: Термоядерное оружие
… Март 1950 г. Сахаров прибыл в КБ-11. Под научным руководством Юлия Харитона тремя годами ранее в КБ-11 были начаты работы по разработке и производству советского ядерного оружия. Члены групп Тамма и Зельдовича также отправились в КБ-11 для работы над термоядерной бомбой. Бомба из слоеного пирога,…

Подробнее

«,»url»:»Введение»,»wordCount»:0,»sequence»:1},»imarsData»:{«INFINITE_SCROLL»:»»,»HAS_REVERTED_TIMELINE»:»false»}, «npsAdditionalContents»:{},»templateHandler»:{«name»:»INDEX»},»paginationInfo»:{«previousPage»:null,»nextPage»:null,»totalPages»:1},»seoTemplateName»:» СТРАНИЧНЫЙ ИНДЕКС»,»infiniteScrollList»:[{«p»:1,»t»:1329653}],»familyPanel»:{«topicInfo»:{«id»:1329653,»title»:»Всероссийская научно-исследовательская Институт экспериментальной физики»,»url»:»https://www. britannica.com/topic/Всероссийский-Научно-Исследовательский-Институт-Экспериментальной-Физики»,»description»:»Юлий Борисович Харитон: … КБ-11, Арзамас-16, а в настоящее время Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, ответственный за разработку первых советских ядерных и термоядерных бомб.»,»type»:»ТЕМА»,»titleText»:»Все -Российский научно-исследовательский институт экспериментальной физики»,»metaDescription»:»Другие статьи, где Всероссийский научно-исследовательский институт Обсуждается экспериментальная физика: Юлий Борисович Харитон: …КБ-11, Арзамас-16, а в настоящее время ВНИИЭФ, ответственный за создание первых советских ядерных и термоядерных бомб.»,»идентификаторhtml»: «Российская организация»,»identifierText»:»Российская организация»,»alternateTitles»:»Арзамас-16, КБ-11″,»topicClass»:»topic»,»topicKey»:»Всероссийский НИИ -of-Experimental-Physics», «articleContentType»: «INDEX», «ppTecType»: «THING», «templateId»: 4, «topicType»: «INDEX», «assemblyLinkPrefix»:»/media/1/1329653/»}»,»topicLink»:{«title»:»Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики»,»url»:»https://www.