САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 24 декабря. /ТАСС/. Группа ученых Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) представила зарубежным коллегам первые всеобъемлющие расчеты параметров воздействия плазмы на стенки крупнейшего в мире Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР). С учетом этих вычислений российских ученых руководство проекта приняло решение заменить бериллий в качестве материала стенок реактора на вольфрам, сообщил ТАСС член научной группы ИТЭР, заведующий научной лабораторией «Теория и моделирование плазмы токамаков» СПбПУ Владимир Рожанский.
«Руководство ИТЭР поставило нам задачу произвести всеобъемлющие расчеты параметров раскаленной плазмы, которая будет подходить вплотную к физическим стенкам будущего термоядерного реактора. С помощью новых подходов мы впервые просчитали потенциальное воздействие плазмы на поверхность стенок в различных их точках с учетом всех их многочисленных особенностей, характеристик имеющего очень сложную форму реактора. С учетом этих расчетов, которые мы представили сейчас, руководство приняло решение о реконструкции реактора и замене стенок из бериллия на вольфрамовую поверхность», — рассказал Рожанский.
В основе ИТЭР лежит тороидальная камера с магнитными катушками (токамак) — система, которая позволит удержать раскаленную до более чем 100 млн градусов плазму, необходимую для термоядерного синтеза, внутри реактора. Плазма в токамаке находится в определенных рамках благодаря магнитному полю — раскаленная до максимальной температуры, она не соприкасается напрямую с материальными стенами. Одна из главных проблем ее удержания при таких высоких температурах — минимизация разрушительного воздействия на стенки, вдоль которых температура плазмы может составлять порядка 10 тыс. градусов.
Стенки токамака ИТЭР, вблизи которых будет находиться плазма, имеют сложную форму с большим количеством технических выемок и выступов, необходимых для размещения различного оборудования. Как отметил Рожанский, предыдущие расчеты ученых исходили из усредненной, условной формы стенки, которая приближалась к реальной различными математическими методами. Однако полноценных и всеобъемлющих расчетов воздействия плазмы на стенки реального физического токамака с учетом всех его особенностей ранее не производилось.
Российские и зарубежные ученые разработали математический метод расширенных сеток, который обеспечил новый уровень численного моделирования. Как пояснил Рожанский, расчетная область при таких вычислениях разрезается на огромное количество ячеек, раньше они должны были совпадать с направлением магнитного поля, расширенные сетки позволили производить расчеты с произвольной ориентацией поля. Ученые СПбПУ впервые применили этот метод для токамака, благодаря чему удалось рассчитать параметры пристеночной плазмы для всех возможных ячеек. Для вычисления этих параметров использовались суперкомпьютеры СПбПУ и самого проекта ИТЭР, один подобный расчет занимал месяц.
«Изначально стенки токамака планировалось делать из бериллия. В силу различных причин, в том числе фактора радиоактивности, стоимости материала, было решено использовать альтернативный материал. В случае с вольфрамом как подходящим вариантом возникали опасения, что поверхность будет распыляться и загрязнять плазму. Мы смогли рассчитать все необходимые параметры, для этого уникального проекта, с учетом наших данных было принято коллективное решение использовать именно вольфрам», — добавил Рожанский.
О реакторе ИТЭР.
ИТЭР — проект первого в мире международного термоядерного экспериментального реактора нового поколения, строящегося усилиями международного сообщества в Провансе, близ Марселя. Его задача заключается в демонстрации научно-технологической осуществимости использования термоядерной энергии в промышленных масштабах, а также в отработке необходимых для этого технологических процессов. Страны ЕС обеспечивают почти половину расходов на строительство реактора, остальные шесть стран-участниц (РФ, США, Япония, КНР, Индия и Южная Корея) вносят равный вклад в покрытие остальных издержек.
Основной вклад Российской Федерации заключается в разработке, изготовлении и поставке 25 систем будущей установки. В рамках совместной реализации проекта ИТЭР несколько ключевых предприятий Росатома изготавливают важнейшие компоненты будущей установки, в том числе все центральные сборки дивертора, 40% панелей первой стенки, коммутирующую аппаратуру, соединители модулей бланкета. Планируется, что первые эксперименты на реакторе начнутся в 2034 году, полноценная работа этой установки намечена на 2039 год в соответствии с новой стратегией развития ИТЭР.
