Управляемый термоядерный синтез (УТС) отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжелых ядер получаются более легкие ядра. Процесс в УТС ровно противоположен этому — в результате синтеза возникают более тяжелые ядра и высвобождается гигантское количество энергии. Аналогичные процессы происходят на Солнце, поэтому проект ITER часто называют строительством Солнца на Земле.
В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий (2H) и тритий (3H), а в более отдаленной перспективе гелий-3 (3He) и бор-11. Однако сталкивание ядер дейтерия и трития под огромным давлением требует огромных объемов энергии. До сих пор считалось, что невозможно достичь момента «приращения энергии», когда мы сможем получать из синтеза больше энергии, чем нужно на него потратить. Строительство ITER призвано решить эту проблему.
В теории термоядерный синтез — неисчерпаемый источник энергии. Всего нескольких граммов водородного топлива достаточно, чтобы обеспечить теплом и электричеством тысячи домов. Кроме того, в отличие от традиционных тепловых или атомных электростанций, термоядерный реактор не загрязняет атмосферу выбросами парниковых газов и не оставляет токсичных радиоактивных отходов. Если эксперимент завершится удачно, это определит будущее энергетики на всей планете.
Предложение об использовании управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей и конкретная схема с использованием термоизоляции высокотемпературной плазмы электрическим полем были впервые сформулированы советским физиком Олегом Лаврентьевым в работе 1950 года.
Эта работа послужила катализатором советских исследований по проблеме управляемого термоядерного синтеза. Физики Андрей Сахаров и Игорь Тамм в 1951 году предложили модифицировать схему, предложив теоретическую основу термоядерного реактора, где плазма имела бы форму тора и удерживалась магнитным полем. Такое устройство получило название токамак (Тороидальная камера с магнитными катушками).
В токамаках плазма удерживается не стенками камеры, которые не способны выдержать ее температуру, а специально создаваемым магнитным полем. Токамак ITER будет состоять более чем из миллиона деталей и весить 23 тысячи тонн при высоте 30 метров. На данный момент все необходимые детали для начала сборки токамака изготовлены и доставлены на строительную площадку.
В мире созданы сотни токамаков, но ITER — первый реактор, где термоядерный синтез планируется поддерживать за счет цепной реакции горения самой плазмы. Для этого нужно разогреть водород до нескольких миллионов градусов и удержать его, не дав раскаленной плазме разлететься.
Планы по строительству токамака ITER начали разрабатываться с 1985 года. Со временем ITER стал одним из самых амбициозных энергетических проектов, когда-либо предпринятых человечеством. Это совместное мероприятие, в котором участвуют тысячи ученых и инженеров из 35 стран. К настоящему моменту на проект потрачено 16 миллиардов долларов.
Вклад России в проект ITER заключается в изготовлении и поставке высокотехнологичного оборудования для основных систем реактора, что составляет 10% от стоимости сооружения реактора. Например, российским предприятиям поручено изготовление и поставка экваториального порт-плага 11, структур нижнего порта 08, верхних порт-плагов 02, 07,08. Порт-плаги — это модули, позволяющие разместить системы для диагностики параметров плазмы внутри реактора, но при этом защищающие оборудование от потока нейтронов и снижающие радиационный фон в зонах, требующих доступа специалистов. Такие системы будут установлены по всему периметру установки.
Основным исполнителем по конструированию и изготовлению порт-плагов в России является ИЯФ СО РАН. В настоящий момент здесь ведется оснащение сборочной интеграционной площадки, испытывается вспомогательное оборудование для сборки и перемещения порт-плагов, а также другого оборудования, которое Институт должен поставить на ITER.
Ожидается, что этап сборки термоядерного реактора займет пять лет и потребует успешной интеграции миллионов деталей, собранных по всему миру. Планируется, что ITER получит первую плазму в 2025 году.
