ФИЗИКА ПЛАЗМЫ, 2011, том 37, № 12, с. 1136-1151
- КОНФЕРЕНЦИИ
УДК 533.9
ГЛАВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ И УПРАВЛЯЕМОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА В РОССИИ В 2010 ГОДУ
© 2011 г. И. А. Гришина, В. А. Иванов, Л. М. Коврижных
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия Поступила в редакцию 14.04.2011 г.
Дан обзор основных результатов и проведен анализ главных направлений исследований, представленных в докладах на XXXVIII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 14—18 февраля 2011 г.
XXXVIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (УТС) состоялась в г. Звенигороде Московской обл. с 14 по 18 февраля 2011 г.
Организаторами конференции явились Научный совет по физике плазмы Российской академии наук, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный совет РАН по комплексной проблеме "Физика низкотемпературной плазмы", Объединенный институт высоких температур РАН, Научно-технологический центр ПЛАЗМАИОФАН, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.
Финансовую поддержку оказали Российский фонд фундаментальных исследований, Российская академия наук и ЗАО Научно-технологический центр ПЛАЗМАИОФАН.
На конференции был представлен 391 научный доклад из 86 российских и 32 иностранных научных центров, ведущих исследования по физике плазмы, управляемому термоядерному синтезу, плазменным и лучевым технологиям. Общее число авторов составило около 1000 человек. Тезисы докладов опубликованы [1].
Программа охватывала четыре направления физики плазмы:
1. Магнитное удержание высокотемпературной плазмы.
2. Инерциальный термоядерный синтез.
3. Физические процессы в низкотемпературной плазме.
4. Физические основы плазменных и лучевых технологий.
В рамках конференции работала также секция по проблемам ИТЭР.
Состоялись четыре пленарных заседания, на которых было заслушано 20 обзорных докладов
о результатах отечественных и мировых исследований по актуальным направлениям в указанных областях. Работали секции, на которых обсуждались 76 устных и 295 стендовых сообщений.
Конференция традиционно открывалась обзорными докладами, представленными от коллективов крупнейших научных центров России, Европы и Америки. В них главным образом подводились итоги работ, проведенных за последний год. Были также представлены доклады по смежным с физикой плазмы проблемам.
Анализ состояния экспериментальных работ по токамакам с учетом тенденций развития термоядерных исследований и ядерной энергетики в мире был дан в докладе Э.А. Азизова (РНЦ "Курчатовский институт") "Работы по УТС с магнитным удержанием в России в 2011—2020 гг.". Отмечалось, что российская программа исследований по УТС прежде всего должна поддерживать стратегическое направление — "чистую" термоядерную энергетику. Вместе с этим, на основе прогресса в термоядерных исследованиях, необходимо развивать гибридные (синтез-деление) системы для решения задач ядерной энергетики XXI века. Участники конференции были ознакомлены с предложениями по развитию научно-технологической базы термоядерной энергетики России до 2020 г., разработанными РНЦ КИ совместно с ГК "Росатом". Наиболее актуальной задачей, обозначенной в этих предложениях, является создание современного токамака Т-15МД в РНЦ КИ и модернизация токамака Глобус-М, успешно работающего в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН. Токамак Т-15МД должен стать базой не только для поддержки программы ИТЭР, но и водородным прототипом источника термоядерных нейтронов (ТИН). К 2020 году планируется не только проведение исследований в квазистационарном режиме плазмы с реактор-
ными параметрами, но и создание демонстрационного ТИН с соответствующей стационарной технологией.
В обзоре В.П. Смирнова (ОИВТ РАН) "Инерционное удержание: статус, путь к энергетике" освещено состояние исследований по инерци-альному термоядерному синтезу в мире. Современный этап работ по инерционному удержанию характеризуется завершением строительства в США крупных установок по лазерному синтезу и Z-пинчам. Энергетика этих установок, по ожиданиям, достаточна для зажигания мишени с Q > 10 (NIF) или для проведения экспериментов вблизи зажигания (ZR). Поэтому исследования вступают в критическую фазу, когда переход на новый уровень мощности позволяет проверить физические и технические основы, заложенные в проекты. В Европе, России и Китае также идет подготовка проектов, и кое-где начато строительство масштабных установок по лазерному и Z-пинчевому синтезу. В обзоре были рассмотрены направления и содержание национальных программ, наиболее существенные результаты исследований, известные к настоящему времени. Докладчик уделил особое внимание материалам по пинчам. Обсуждались энергетические возможности инерционного удержания с точки зрения практической реализуемости. В этой связи и в лазерном, и в пин-чевом подходах идет активный поиск новых схем использования повторяющихся взрывов мишени. Кратко затронуты были схемы гибридных реакторов, наиболее часто упоминаемые в литературе.
Европейский токамак JET является крупнейшим действующим токамаком в мире и единственным токамаком, где возможна работа в режимах с тритием и бериллием. Параметры установки позволяют проводить эксперименты, в которых могут быть смоделированы в уменьшенном масштабе процессы, которые будут происходить на строящемся токамаке ИТЭР. Доклад Ф. Романелли (JET Facility, Калэм, Великобритания) "The Role of JET in the ITER Preparation" был посвящен итогам работ, проводимых на JET в течение последних трех лет и направленных на существенную модернизацию установки. В качестве материала первой стенки камеры был использован бериллий, а поверхность дивертора покрыта вольфрамом. Именно такую комбинацию материалов предполагается использовать в рабочих режимах ИТЭР. Мощность пучка нейтральной инжекции повышена с 20 МВт в коротком импульсе до 30 МВт в удлиненном импульсе (~20 с). Система ЭЦР-нагрева и система удержания плазмы были модернизированы и уже протестированы во время экспериментальной компании 2009 г. Диагностический комплекс JET также был значительно улучшен. Результаты работы последних трех лет будут протестированы в рабочих режимах JET в течение ближайших нескольких
лет. А в 2015 г. планируется экспериментальная кампания с использованием дейтерия и трития в качестве рабочего вещества. Эти эксперименты позволят воссоздать режимы, в которых должно будет работать оборудование и элементы конструкции ИТЭР, максимально приближенные к ожидаемым.
В докладе Л.Н. Химченко и А.В. Красильнико-ва (Учреждение Госкорпорации Росатом "Проектный центр ИТЭР") "Первая стенка и дивертор — критическая проблема при создании ИТЭР" изложены проблемы взаимодействия "плазма— стенка", начиная с конструкции первой стенки и дивертора и выбора материалов, описания физических явлений, влияющих на этот выбор, и заканчивая достижениями в этой области, которые ожидаются в годы, предшествующие получению первой плазмы на ИТЭР. Отмечалось, что материалы, соприкасающиеся с плазмой, должны выдерживать импульсные нагрузки, энергия которых несопоставима с нагрузками на существующих плазменных установках, и при этом, должны иметь достаточный ресурс, чтобы избежать частой замены компонентов. Учитывая низкую степень выгорания трития, придется организовать эффективный оборот откачанного трития в системе подпитки топливом, обеспечивая при этом поглощение дорогого трития в камере на очень низком уровне. В дополнение, материалы должны устойчиво работать одновременно в нейтронных потоках и при больших импульсных тепловых плазменных нагрузках. Уровень проработки этих задач показывает, что взаимодействие плазмы с материалами в ИТЭР является ключевой проблемой при достижении условий зажигания и поддержания термоядерной реакции в течение сотен секунд или больше. Решение ряда проблем ИТЭР, таких как: оценка удельной энергии, поглощаемой материалами стенки, соприкасающимися с плазмой, на стационарной стадии разряда, во время ELM и срывов, оценка "времени жизни" этих материалов, миграция распыленного материала по камере, поглощение трития в материалах и продуктах эрозии, создание методов очистка камеры от трития, образования пыли, — находится за пределами возможностей и опыта современных токамаков. Однако стратегия движения к успеху в том, что ИТЭР, как экспериментальная установка, будет иметь достаточную гибкость в выборе материалов, по результатам их испытаний вне и внутри ИТЭР, и принятии решений по управлению физическими процессами в пристеночной плазме. По мере накопления данных во время работы ИТЭР возможны изменения в конструкции отдельных систем диверто-ра и первой стенки.
В.Н. Лукаш (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН) сделал обзор имеющихся представлений о процессах, приведших к образованию на-
блюдаемой структуры Вселенной ("Космологическая Стандартная Модель (СМ) и ее экстраполяция в прошлое"). Одна из основных позиций автора состоит в утверждении о необходимости включения в модель инфляционной стадии. Такая необходимость, по его мнению, следует не только из размерных соображений, но и из того факта, что задание начальных условий на инфляционной стадии естественным образом приводит к формированию квазихаббловского потока в пределах наблюдаемой части Вселенной. Согласно модели инфляция + ОТО + СМ, основным механизмом, отвечающим за возникновение как массивных, так и безмассовых полей, можно считать их рождение из вакуума гравитационными полями. Происхождение темной материи, по одной из гипотез, может быть связано с барионной асимметрией и нарушением СР-четности в сильных взаимодействиях. Однако этот вопрос, наряду с вопросом о происхождении темной энергии, возможно, родственной полю, ответственному за инфляцию, пока выходит за рамки СМ физики высоких энергий.
Анализ экспериментальных результатов, полученных на установке JET в 2010 г., представил Дж. Онгена (Лаборатория физики плазмы EPM/KMC, Брюссель, Бельгия; JET Facility). Отмечалось, что эксперименты имели своей целью в основном
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.