В английский токамак ST40 установят мощный японский гиротрон

Гиротрон, построенный японской компанией Kyoto Fusioneering, был доставлен в компанию Tokamak Energy в Великобритании и в этом году должен быть установлен на сферическом токамаке ST40 — ожидается, что он сыграет ключевую роль в разработке экспериментальных установок для термоядерного синтеза.

Новый гиротрон будет вырабатывать 1 МВт радиочастотной энергии для производства энергии токамака в течение 18 месяцев. Он генерирует мощные электромагнитные волны для управления и нагрева водородной плазмы до температур, во много раз превышающих температуру солнца.

Росс Морган, директор по стратегическому партнерству компании Tokamak Energy, базирующейся в Оксфордшире, заявил: «Мы рады сотрудничать с нашими партнерами Kyoto Fusioneering, чтобы добавить это важное обновление к нашей рекордной термоядерной установке, и продолжаем использовать ST40 для тестирования и расширения новых границ. Результаты будущих экспериментов с использованием мощной системы гиротронного нагрева предоставят важнейшие данные для разработки будущих пилотных установок в виде сферических токамаков в рамках нашей миссии по коммерциализации чистой и безграничной термоядерной энергии в 2030-х годах».

Генеральный директор, Chief Fusioneering и соучредитель Kyoto Сатоши Кониши (Satoshi Konishi) отметил: «Для нас большая честь внести свой вклад в разработку Tokamak Energy ST40, которая является эталоном государственно-частного партнерства и международного сотрудничества. Это партнерство, подкрепленное тесным сотрудничеством Великобритании и Японии, представляет собой значительный шаг вперед в развитии термоядерной энергетики. Стремясь поставлять гиротроны мирового класса и оказывая исключительную техническую поддержку, мы с нетерпением ожидаем совместной работы для достижения общей цели — создания экологически чистой и устойчивой термоядерной энергетики».

В Tokamak Energy объяснили, что гиротрон работает за счет пучка электронов, проходящих через сильное магнитное поле, которое ускоряет их до такой степени, что они испускают микроволновое излучение, которое направляется через волновод в плазму термоядерного топлива — изотопов водорода.

«Частота микроволн настроена таким образом, чтобы соответствовать частоте циклотронного резонанса электронов в плазме (104 ГГц или 137 ГГц в случае ST40). Когда микроволны взаимодействуют с плазмой, они передают энергию электронам, которые нагревают и приводят в движение плазму. Гиротрон, использующий нагрев с помощью электронного циклотронного резонанса, решает одну из ключевых проблем сферического токамака – ограниченное пространство для центрального соленоида, который в противном случае потребовался бы для создания плазменного тока. Гиротрон означает, что центральный соленоид может быть уменьшен в размерах.»

Компания Tokamak Energy планирует использовать как свой текущий нагрев нейтральным пучком, так и гиротронный нагрев одновременно, заявив, что «это позволит лучше понять, как работает гиротрон, какие системы управления необходимы и как найти наилучший баланс между двумя видами нагрева».

Компания Tokamak Energy была выделена из состава Управления по атомной энергии Великобритании в 2009 году. В феврале 2023 года было объявлено, что к 2026 году в кампусе UKAEA в Калхэме, недалеко от Оксфорда, Англия, будет построен прототип сферического токамака ST80-HTS, который «продемонстрирует весь потенциал высокотемпературных сверхпроводящих магнитов» и послужит основой для проектирования экспериментальной термоядерной установки, чтобы продемонстрировать возможности поставлять электроэнергию в сеть в 2030-х годах с целью глобального развертывания коммерческих электростанций мощностью 500 мегаватт.

А в октябре были представлены первые подробности о сферической токамак-установке с мощным полем, «способной генерировать 800 МВт термоядерной энергии и 85 МВт чистой электроэнергии» в рамках смелой десятилетней программы США по созданию коммерческой термоядерной энергии. В нем говорилось: «первоначальные проекты предусматривают, что токамак будет иметь соотношение сторон 2,0, основной радиус плазмы 4,25 метра и магнитное поле 4,25 Тесла, а также жидкий литий-тритиевый реактор для размножения». Он будет включать в себя набор высокотемпературных сверхпроводящих магнитов нового поколения, «предназначенных для удержания и контроля дейтериевого и тритиево-водородного топлива в плазме, во много раз более горячей, чем в центре Солнца».

В декабре было объявлено, что министерства энергетики США и Великобритании намерены сотрудничать с компанией Tokamak Energy в модернизации термоядерной установки ST40 стоимостью 52 миллиона долларов, внутренняя стенка которой будет покрыта литием. ST40, который использует магнитные поля для удержания плазмы, находится в частной собственности и оценивается более чем в 100 миллионов долларов США, сообщило Министерство энергетики США во время анонса.

Компания Tokamak Energy, ранее сотрудничавшая с Принстонской лабораторией физики плазмы и Национальной лабораторией Ок-Риджа, добилась в ST40 температур, которые в шесть раз превышали температуру солнца, став первой частной фирмой, достигшей температуры плазмы в 100 миллионов градусов Цельсия. Обе лаборатории будут помогать в модернизации ST40, поделившись своим опытом: Принстонская — в разработке литиевых покрытий, а Ок-Риджская — в внедрении технологий использования пеллетного топлива.