Tokamak T-15MD. Nieuwe kansen voor Russische en wereldwetenschap
Het Kurchatov Instituut heeft de fysieke lancering van een diep gemoderniseerde T-15MD hybride thermonucleaire reactor voltooid. De experimentele faciliteit is bedoeld voor onderzoek en ontwikkeling van veelbelovende technologieën, die vervolgens kunnen worden gebruikt in nationale en internationale projecten.
Plechtige ceremonie
De lancering van de mega-installatie T-15MD, gebouwd in het National Research Center "Kurchatov Institute", vond plaats op 18 mei. Vanwege het grote belang van dit project, werd de lancering uitgevoerd als onderdeel van een plechtige ceremonie met de deelname van premier Mikhail Mishustin, minister van Onderwijs en Wetenschappen Valery Falkov en andere functionarissen. De gasten kregen de opdracht om op de symbolische startknop te drukken.
Volgens de premier is de T-15MD-reactor het bewijs van het hoge technologische niveau van ons land. De lancering was een enorm evenement, niet alleen voor Rusland, maar voor de hele wereld. M. Mishustin merkte ook op dat de creatie van een nieuwe betrouwbare en krachtige energiebron zal bijdragen aan de verdere ontwikkeling van een aantal industrieën.
Mikhail Kovalchuk, voorzitter van het Kurchatov Instituut, zei dat de Russische wetenschap in staat is om het onderzoek naar thermonucleaire energie voort te zetten. Hiervoor is het noodzakelijk om de wetenschappelijke en productiebasis te moderniseren. In het verleden kon ons land dergelijke projecten zonder buitenlandse hulp uitvoeren en onafhankelijk alle benodigde producten en componenten produceren.
De lancering van de T-15MD werd via een videoverbinding geobserveerd door de leiding van het internationale thermonucleaire project ITER. CEO Bernard Bigot bedankte de Russische regering voor de geweldige hulp van onze ITER-divisie. De Russische industrie werd op haar beurt bedankt voor de hoge kwaliteit van de technologieën die in het totale project werden geïntroduceerd.
Na een grondige modernisering
De T-15 ringkernfaciliteit voor magnetische opsluiting van plasma werd eind jaren tachtig gebouwd in het Kurchatov Institute. Bij de fabricage werden de bestaande ontwerpen van de T-10M-reactor gebruikt. Sinds 1988 zijn er verschillende experimenten met plasmaopsluiting uitgevoerd op de nieuwe T-15-faciliteit. In die tijd was de Sovjet-installatie een van de grootste en krachtigste ter wereld.
Ondanks alle moeilijkheden van die periode werd er tot midden jaren negentig regelmatig onderzoek gedaan. In 1996-98 mega-installatie T-15 heeft de eerste modernisering doorstaan. Het ontwerp van de reactor is afgerond en ook het programma voor toekomstig onderzoek is aangepast. Nu was de installatie gepland om te worden gebruikt om oplossingen en ideeën te ontwikkelen die werden voorgesteld voor implementatie in het internationale ITER-project.
In 2012 werd de T-15-reactor tijdelijk buiten gebruik gesteld vanwege plannen voor een grondige modernisering. Als onderdeel van dit project zou de tokamak een nieuw elektromagnetisch systeem, een nieuwe vacuümkamer, enzovoort krijgen. De toegenomen energiebehoefte moest worden voorzien door een nieuw stroomvoorzieningssysteem. In feite ging het om een ingrijpende herstructurering van de bestaande installatie met vervanging van alle sleutelsystemen.
De belangrijkste modernisering van de reactor in het kader van het T-15MD-project werd vorig jaar voltooid, waarna de inbedrijfstellingswerkzaamheden begonnen. Onlangs is het updateproces succesvol afgerond - en heeft er een fysieke lancering plaatsgevonden. Tegelijkertijd stopt het proces van het ontwikkelen van de wetenschappelijke en technische basis niet. In april werd bekend dat in 2021-24. De bestaande tokamak wordt aangevuld met nieuwe systemen voor diverse doeleinden.
Deze activiteiten zullen helpen om het definitieve uiterlijk van de T-15MD-mega-installatie te vormen en alle benodigde mogelijkheden te krijgen. De volledige ingebruikname, waardoor alle nodige experimenten kunnen worden uitgevoerd, vindt plaats in 2024.
Nieuwe principes
Tijdens de modernisering kreeg de T-15MD-reactor een aantal nieuwe systemen, maar de algemene architectuur en werkingsprincipes hebben geen fundamentele veranderingen ondergaan. Net als voorheen moet de tokamak met behulp van een magnetisch veld een plasmakolom creëren en onderhouden. De reactor vormt een gloeidraad met een aspectverhouding van 2,2 en een plasmastroom van 2 MA in een magnetisch veld van 2 T. De duur van continu bedrijf is maximaal 30 s.
Modernisering 2021-24 zal in twee fasen plaatsvinden. Als onderdeel van de eerste zullen drie snelle atoominjectoren met een totaal vermogen van 15 MW en vijf gyrotrons van 6 MW op de T-5MD worden geïnstalleerd. Vervolgens wordt een systeem van lagere hybride verwarming en handhaving van de plasmastroom geïntroduceerd, evenals een ion-cyclotron verwarmingssysteem met een vermogen van respectievelijk 4 en 6 MW.
Door de modernisering is de reactor een hybride geworden. In speciale compartimenten in de zgn. deken wordt voorgesteld om nucleaire brandstof te plaatsen - thorium-232 wordt als zodanig gebruikt. Tijdens de werking van de reactor moet de brandstof de stroom van hoogenergetische neutronen die uit het koord komen, vertragen. In dit geval wordt thorium-232 omgezet in uranium-233.
De resulterende isotoop kan worden gebruikt als brandstof voor kerncentrales. In deze rol doet het niet onder voor traditioneel uranium-235, maar steekt het gunstig af bij een kortere afvalhalfwaardetijd. Bijkomende voordelen zijn verbonden aan het feit dat thorium vaker voorkomt in de aardkorst en aanzienlijk goedkoper is dan uranium.
In theorie kan een hybride tokamak ook worden gebruikt om hoogactief afval te transmuteren. Uranium-238 of andere componenten van verbruikte splijtstof kunnen worden omgezet in andere isotopen, incl. voor de productie van nieuwe brandstofassemblages. Een andere mogelijkheid om een hybride installatie toe te passen is de bouw van een elektriciteitscentrale. In dit geval moet er een koelvloeistof in de deken circuleren, die zorgt voor de overdracht van energie naar de generator.
Zo maakt het ontwerp en de implementatie van een hybride reactor het mogelijk om meerdere problemen tegelijk op te lossen. Het kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken, maar ook om splijtstof te produceren of afval te verwerken. Wetenschappers zullen de realiteit van een dergelijke werking van de reactor moeten bevestigen, evenals de werkelijke prestaties ervan moeten bepalen, incl. economisch.
Doelen en perspectieven
De belangrijkste ontwerpoplossingen van de tokamak en de principes van zijn werking zijn goed bestudeerd en uitgewerkt. Dit maakt het mogelijk om nieuwe, efficiëntere reactoren te ontwerpen en om experimenten uit te voeren die gericht zijn op het behalen van echte technische, energie- en economische resultaten. Het zijn deze taken die kunnen worden opgelost met behulp van de gemoderniseerde T-15MD hybride mega-installatie.
De fysieke opstart van de nieuwe reactor vond plaats, maar de volledige en volledige operatie zal pas mogelijk worden in 2024, wanneer de productie en installatie van nieuwe systemen is voltooid. Dit betekent dat er al in het midden van het decennium experimenten zullen zijn die de nodige informatie zullen opleveren. Het zal het mogelijk maken om de meest winstgevende manieren te bepalen om het hele gebied te ontwikkelen, niet alleen in het kader van de Russische wetenschap, maar ook in het internationale ITER-programma.
Zo krijgen onze wetenschappers de modernste wetenschappelijke apparatuur en daarmee de mogelijkheid om gedurfde experimenten voort te zetten met het oog op de toekomst. Het is heel goed mogelijk dat dit keer nieuw onderzoek wordt afgerond met de gewenste resultaten, waardoor de mensheid een fundamenteel nieuwe energiebron zal ontvangen en Rusland opnieuw het hoogste potentieel van zijn wetenschap zal tonen.
- Ryabov Kirill
- "Rosatom", regering van de Russische Federatie
informatie