Американская частная термоядерная компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) установила основание криостата из нержавеющей стали дискообразной формы, что ознаменовало начало сборки токамака SPARC. Тем временем европейское агентство Fusion for Energy (F4E) завершило изготовление восьми крионасосов тороидальной камеры и криостата для международного термоядерного проекта ITER.
Компания CFS в настоящее время ведет строительство прототипа термоядерной установки SPARC в своей штаб-квартире в Девенсе, штат Массачусетс. SPARC описывается как компактное устройство с сильным магнитным полем, предназначенное для получения чистой термоядерной энергии. По размерам оно будет сопоставимо с существующими термоядерными установками среднего размера, но с гораздо более сильным магнитным полем. Устройство в форме пончика будет использовать мощные электромагниты для создания необходимых условий для термоядерного синтеза, включая температуру внутри камеры, превышающую 100 миллионов градусов Цельсия. Прогнозируется, что установка будет производить 50-100 МВт термоядерной мощности, достигая коэффициента усиления энергии синтеза (Q) более 10.
Для поддержания сверхпроводящих магнитов SPARC при достаточно низкой температуре, необходимой для их эффективной работы, CFS размещает их внутри большой камеры, называемой криостатом. Криостат изолирует магниты от внешней среды с помощью вакуума.
Компания CFS установила основание криостата, которое будет поддерживать вес установки SPARC, составляющий 1000 тонн. Основание диаметром более 7 метров и весом 75 тонн также поглощает часть нейтронов, образующихся в процессе синтеза, и вмещает каналы для гелиевого хладагента, кабелей питания магнитов и линий связи с внутренними датчиками.
Самер Хамаде, вице-президент по проектам в CFS, заявляет, что с установкой основания криостата началось строительство сердца их термоядерной энергетической системы. Он считает это очень наглядным примером того, как термоядерный проект CFS перешел в новую фазу – сборку токамака. Хамаде отмечает, как воодушевляет вид первой части SPARC, заполняющей круглое отверстие в полу, и называет это истинным свидетельством упорной работы и самоотверженности команды.
В ближайшие месяцы CFS установит D-образные магниты тороидального поля (TF) на две оранжевые опоры, вставит вакуумную камеру SPARC внутрь этих магнитов TF, добавит кольцевые магниты полоидального поля (PF), которые охватывают конструкцию, опустит цилиндрические магниты центрального соленоида (CS) в центр токамака и герметизирует всю сборку боковыми стенками и крышкой криостата.
Компания уже провела большую работу по установке вспомогательного оборудования вокруг SPARC, которое обеспечит его функционирование. Это включает системы питания и охлаждения сверхсильных магнитов токамака, диагностические датчики для мониторинга процесса синтеза и систему нагрева для превращения водородного топлива SPARC в плазму для термоядерного процесса.
Моджи Сафабахш, директор по инжинирингу в CFS, поясняет, что они полностью спроектировали основание одновременно со всеми интерфейсами систем SPARC, такими как опоры магнитов, системы питания, криогеники, вакуумной откачки и контрольно-измерительных приборов. Она добавляет, что основание было получено вовремя после быстрой фабрикации. Сафабахш считает установку основания криостата поворотным моментом, который начинает процесс сборки и соединяет SPARC с остальной частью установки.
SPARC проложит путь к первой коммерчески жизнеспособной термоядерной электростанции под названием ARC, которая, как предполагается, будет генерировать около 400 МВт(э) – достаточно для энергоснабжения крупных промышленных объектов или около 150 000 домов. Ожидается, что ARC начнет поставлять электроэнергию в сеть в начале 2030-х годов.
В декабре 2024 года CFS объявила о планах самостоятельно финансировать, строить, владеть и эксплуатировать термоядерную электростанцию коммерческого масштаба в округе Честерфилд, штат Вирджиния. Компания, являющаяся дочерним предприятием Массачусетского технологического института, сообщила о достижении соглашения с Dominion Energy Virginia о нефинансовом сотрудничестве, включая предоставление опыта в разработке и технических вопросах, а также прав аренды на предлагаемую площадку в индустриальном парке Джеймс-Ривер. В настоящее время Dominion Energy Virginia владеет предлагаемым участком.
Тем временем европейское агентство Fusion for Energy (F4E), отвечающее за вклад Европы в проект ITER, объявило о завершении заводских приемочных испытаний восьмого и последнего крионасоса тороидальной камеры и криостата для Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER).
Эти компоненты, являющиеся ключевой частью топливного цикла и вакуумных систем реактора, были изготовлены в сотрудничестве с компаниями Research Instruments и Alsymex. Серийное производство компонентов, основанное на опыте создания предсерийного образца, началось в 2020 году и достигло пика с первыми поставками в прошлом году.
Из восьми крионасосов, поставленных F4E, два будут обслуживать криостат, а шесть будут подключены к вакуумной камере через дивертор. Крионасосы будут улавливать частицы газа с помощью криопанелей, охлажденных до сверхнизких температур около -269°C, а затем высвобождать их для переработки несгоревшего топлива.
В ближайшие годы организация ITER проведет испытания крионасосов в реальных криогенных условиях, подключив их к мощным контурам криогенной установки.
Франсина Канадель, менеджер проекта в F4E, отмечает, что крионасосы требовали безупречной производственной цепочки для обеспечения жестких допусков на всех этапах механической обработки, сварки и сборки. Она говорит, что благодаря слаженной координации удалось соответствовать стандартам и даже решить некоторые непредвиденные проблемы на месте.
ITER – это крупный международный проект по строительству термоядерной установки типа токамак, призванной доказать осуществимость термоядерного синтеза как крупномасштабного и безуглеродного источника энергии. Цель ITER – работать с термоядерной мощностью 500 МВт (в течение не менее 400 секунд непрерывно) при мощности нагрева плазмы 50 МВт. По-видимому, для работы потребуется дополнительно около 300 МВт(э) электроэнергии. Электроэнергия на ITER вырабатываться не будет.
В строительстве ITER участвуют тридцать пять стран: Европейский союз вносит почти половину стоимости строительства, а остальные шесть членов (Китай, Индия, Япония, Южная Корея, Россия и США) вносят равные доли в оставшуюся часть. Строительство началось в 2010 году, и первоначальная дата получения первой плазмы (2018 год) была перенесена советом ITER на 2025 год в 2016 году. Однако в июне прошлого года был объявлен обновленный план проекта, который нацелен на «научно и технически надежную начальную фазу эксплуатации, включая работу на дейтерий-дейтериевом синтезе в 2035 году с последующим выходом на полную магнитную энергию и работу с полным током плазмы».
