СОДРУЖЕСТВО  НЕЗАВИСИМЫХ  ГОСУДАРСТВ

 

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  СОВЕТ

 

Решение о Программе научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2024–2026 годы

 

Экономический совет Содружества Независимых Государств

решил:

1. Утвердить Программу научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2024–2026 годы (прилагается).

2. Профильным министерствам, ведомствам и организациям заинтересованных государств – участников СНГ принять меры по реализации указанной Программы.

3. Комиссии государств – участников СНГ по использованию атомной энергии в мирных целях совместно с Исполнительным комитетом СНГ осуществлять мониторинг выполнения Программы.

 

От Азербайджанской Республики		От Российской Федерации
-----------			А.Оверчук
От Республики Армения		От Республики Таджикистан
	Постоянный полномочный представитель Республики Армения при уставных и других органах СНГ, Чрезвычайный и Полномочный Посол Республики Армения в Республике Беларусь		Министр экономического развития и торговли
	Р.Хумарян		З.Завкизода
От Республики Беларусь		От Туркменистана
	И.Петришенко
От Республики Казахстан		От Республики Узбекистан
	Полномочный представитель Республики Казахстан в Комиссии по экономическим вопросам при Экономическом совете СНГ	-----------
	А.Тажиев
От Кыргызской Республики		От Украины
	А.Касымалиев
От Республики Молдова

 

 

Утверждена

Решением Экономического совета СНГ
о Программе научных исследований
на казахстанском материаловедческом токамаке на 2024–2026 годы

от 8 декабря 2023 года

Программа

научных исследований на казахстанском
материаловедческом токамаке
на 2024–2026 годы

1. Общие положения

Программа научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2024–2026 годы (далее – Программа) разработана с целью реализации Соглашения о совместном использовании экспериментального комплекса на базе казахстанского материаловедческого токамака от 26 мая 2017 года (далее – Соглашение), которое определяет основные направления сотрудничества государств – участников СНГ и механизмы взаимодействия ведомств и экспертов, обозначает принципы проведения совместных исследований, регламентирует вопросы обеспечения правовой охраны интеллектуальной собственности.

При разработке Программы использованы результаты, полученные в ходе реализации Программы научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2018–2020 годы, утвержденной Решением Экономического совета СНГ от 2 марта 2018 года, и Программы научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2021–2023 годы, утвержденной Решением Экономического совета СНГ от 12 марта 2021 года.

2.  Казахстанский материаловедческий токамак

Казахстанский материаловедческий токамак (КТМ) представляет собой прообраз реактора по получению энергии на основе управляемого термоядерного синтеза. КТМ предназначен для исследования поведения кандидатных материалов первой стенки и дивертора в условиях высоких тепловых потоков, сравнимых с потоками в будущих термоядерных реакторах, а также для отработки новых технологий термоядерного синтеза. КТМ является единственной в мире специализированной материаловедческой установкой.

В ноябре 2019 года в рамках мероприятий Программы научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2018–2020 годы состоялся заключительный этап физического пуска КТМ. Его целью являлось получение плазменного разряда с использованием всех необходимых штатных технологических систем КТМ. Проведена демонстрация работоспособности КТМ с получением плазмы в омическом режиме на пониженных параметрах. При пуске зафиксированы следующие параметры: ток плазмы – 100 кА, длительность разряда – 70 мс, тороидальное магнитное поле – 0,9 тесла, сечение плазмы – круглое. Полученные параметры соответствовали расчетным. Проведены настройка ряда систем и режимов КТМ, отработка сценариев, опробованы экспериментальные образцы, осуществлен ряд испытаний. В декабре 2019 года комплекс КТМ был введен в эксплуатацию.

В ноябре–декабре 2021 года в рамках мероприятий Программы научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2021–2023 годы подготовлены и проведены эксперименты, которые позволили значительно улучшить параметры плазменного разряда на КТМ. Получены следующие значения плазменного разряда при использовании омического нагрева: максимальный ток в импульсе плазменного разряда – до 450 кА, максимальная длительность плазменного разряда – 470 мс, тороидальное магнитное поле – 0,9 тесла, сечение плазмы – круглое. Таким образом, длительность горения плазменного разряда увеличилась почти в 7 раз, а ток плазмы – в 4,5 раза. В 2022 году параметры плазменного разряда при использовании омического нагрева были улучшены до значений: максимальный ток в импульсе плазменного разряда – до 500 кА, максимальная длительность плазменного разряда – 2 с, тороидальное магнитное поле – 0,9 тесла, сечение плазмы – вытянутое.

Совместное использование государствами – участниками СНГ установки КТМ создает мощный потенциал развития инновационных технологий в энергетике, высокотехнологичных и наукоемких отраслях промышленности и экономики в целом.

3. Цель и задачи Программы

Цель Программы – проведение исследований в области термоядерного синтеза и технологий путем межгосударственного сотрудничества и совместного использования КТМ как установки термоядерного синтеза.

Основными задачами Программы являются реализация совместных научных исследований на КТМ, включая моделирование различных сценариев разряда, отработку режимов управления плазмой, проведение исследований по физике плазмы при омическом и высокочастотном нагреве плазмы для круглой и диверторной конфигурации, изучение влияния состава плазмы на ее удержание, исследования поведения конструкционных материалов первой стенки и дивертора при различных режимах работы КТМ, разработка и создание новых технологических и физических диагностик. 

4. Основные направления Программы и формы сотрудничества

4.1. Основные направления исследований по Программе:

отработка методик проведения исследований на КТМ и средств контроля физических параметров высокотемпературной плазмы в процессе ее взаимодействия с материалами;

разработка и экспериментальное обоснование инновационных технологий для создания термоядерного реактора;

модернизация технологии подготовки комплекса КТМ к плазменным экспериментам;

экспериментальные и теоретические исследования эффектов воздействия плазмы, ионов водорода и гелия на приповерхностные и объемные слои материалов КТМ;

совершенствование технологических и физических методов диагностики плазмы;

совершенствование системы контроля и управления плазменным разрядом.

4.2. Основные формы сотрудничества в ходе реализации Программы:

проведение совместных научных исследований;

направление ученых, инженеров и технических экспертов для работы на КТМ по совместной программе научных исследований и участие специалистов в соответствующих работах;

обмен образцами, материалами, оборудованием и программным обеспечением между государствами – участниками Программы;

обмен информацией и совместные публикации;

организация совместных конференций и семинаров.

5. Финансирование Программы

Программа реализуется в соответствии с прилагаемым к Программе Комплексом мер по реализации Программы научных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке на 2024–2026 годы.

Финансовое обеспечение мероприятий Комплекса мер будет осуществляться в соответствии со статьей 5 Соглашения о совместном использовании экспериментального комплекса на базе казахстанского материаловедческого токамака от 26 мая 2017 года.

6. Механизмы реализации Программы

Совместные работы по основным направлениям Программы будут осуществляться в соответствии с Комплексом мер по ее реализации (приложение).

Совместная работа экспертов и профильных ведомств государств – участников СНГ расширит финансовые и технические возможности реализации проекта, позволит опробовать новые идеи и обеспечит качественные результаты за счет обмена результатами выполненных работ, объединения усилий и опыта специалистов и их компетенций.

Взаимодействие государств – участников СНГ по реализации Программы осуществляется через уполномоченные (компетентные) органы и научно-технический совет при участии Комиссии государств – участников СНГ по использованию атомной энергии в мирных целях согласно статьям 4 и 6 Соглашения.

7. Ожидаемые результаты выполнения Программы

Выполнение Комплекса мер по реализации Программы позволит достичь следующих результатов:

проведение исследований по изучению влияния изотопного состава плазмы (водород, дейтерий, гелий) на удержание плазмы в омическом режиме;

выполнение моделирования удержания плазмы в омических разрядах с различным изотопным составом плазмы и сравнение с результатами экспериментов;

проведение сравнения достигнутых времен удержания в водородной и гелиевой плазме, со скейлингами омического режима;

определение диапазона рабочих параметров устойчивых разрядов КТМ по плотности и току плазмы, величине вытянутости плазмы;

проведение моделирования токовых сценариев получения плазменных разрядов для различных токов и конфигурации плазмы;

выработка технических решений, позволяющих применить DAS SQL, используемую в федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский центр «Курчатовский институт», для визуализации и последующей обработки экспериментальных данных установки КТМ;

разработка и апробирование технологий напуска газа в область дивертора с целью снижения тепловой нагрузки;

выполнение экспериментальной проверки расчетов сценариев плазменного разряда в КТМ для круглой и диверторной конфигурации;

проведение анализа и отработка алгоритмов управления плазмой КТМ для диверторной конфигурации в омическом режиме разряда;

проведение анализа работы регулятора стабилизации плазмы по вертикали;

разработка и реализация методов кондиционирования графитовых элементов внутренней облицовки вакуумной камеры КТМ и методов нанесения боросодержащего покрытия;

составление экспериментальной базы данных по изменению структуры и физико-химических свойств материалов, контактирующих с плазмой;

разработка оптимальных сценариев работы системы дополнительного нагрева плазмы ионно-циклотронным излучением в установке КТМ;

реализация обеспечения бесперебойной работы регуляторов физических параметров плазмы в сценариях с круглой и диверторной конфигурацией плазмы;

выполнение исследования закономерностей взаимодействия изотопов водорода и гелия с конструкционными и функциональными материалами термоядерных реакторов;

разработка проектной документации, изготовление малого подвижного модуля на основе капиллярно-пористой структуры с жидким металлом и его установка на КТМ;

проведение изучения и проверки работоспособности макетов литиевых диверторов на основе капиллярно-пористой структуры при различных режимах работы КТМ;

изготовление, монтаж и тестирование на КТМ диагностической системы «Материаловедческий зонд», исследование с ее помощью состава, структуры, скорости распыления, эрозии материалов и перепыленных слоев, а также захвата и удержания в них газов в зависимости от параметров плазмы;

разработка, изготовление, тестирование на КТМ диагностической системы «Диверторный зонд», получение экспериментальных данных по составу и плотности потока частиц на дивертор, измерение характеристик скорости распыления материала дивертора и перепыленных слоев в зависимости от параметров разряда;

проведение анализа особенностей накопления и выделения дейтерия в соосажденных с литием углеродных материалах в зависимости от температуры;

определение характерных областей осаждения материалов и содержания дейтерия с помощью системы коллекторов;

проведение исследования возможности применения прототипа многоцелевого сцинтилляционного детектора для мониторинга радиационных полей (рентген, гамма-кванты и быстрые нейтроны) КТМ как прототипа гибридного реактора «Синтез-деление»;

модернизация технического и программного обеспечения информационно-измерительной системы КТМ;

совершенствование системы управления плазмой, моделирование сценариев разряда с использованием актуальной модели системы управления плазмой;

осуществление повышения надежности и точности синхронизации системы импульсного электропитания в условиях искажения параметров сети за счет программно-технических средств;

модернизация контроллеров источников импульсного электропитания КТМ на основе процессорных модулей;

создание программы ведения электронного журнала и формирования паспорта экспериментов;

модернизация программ визуализации экспериментальных данных для обеспечения сопоставления различных типов данных;

развитие методов технической диагностики технологического оборудования и элементов системы управления для гарантии готовности комплекса КТМ к экспериментам.

Таким образом, важнейшими итогами реализации Программы станут отработка и совершенствование параметров работы установки КТМ, что позволит перейти к полномасштабным материаловедческим исследованиям: проведению экспериментов на КТМ с лимитерной и диверторной конфигурацией плазмы с использованием современных методов диагностики и управления плазмой; разработке рекомендаций по применению конструкционных и функциональных материалов в установках и будущих реакторах термоядерного синтеза.

8. Значение Программы для научно-технологического развития
государств – участников СНГ

Программа нацелена на развитие научной и производственной базы для исследований в области перспективных источников «безуглеродной» энергии.

Технологические разработки в данной области откроют государствам, участвующим в проекте, доступ к технологиям для производства нового поколения конкурентоспособной наукоемкой продукции мирового уровня в энергетических отраслях.

Программа является стартовым элементом наработки опыта и освоения технологий термоядерного синтеза для создания новых экологически чистых источников энергии.

Участие в выполнении Программы позволит профильным ведомствам и организациям государств – участников СНГ приобрести уникальный опыт и повысить квалификацию специалистов в области атомной энергетики и в сфере исследований термоядерного синтеза, будет способствовать повышению научно-технического потенциала государств – участников СНГ.

В долгосрочной перспективе положительный экономический эффект будет получен от внедрения и применения в промышленности государств – участников Программы новых высокотехнологичных материалов с уникальными свойствами, содействия созданию устойчивого источника энергии на основе управляемого термоядерного синтеза.

 

Приложение

к Программе научных исследований
на казахстанском материаловедческом
токамаке на 2024–2026 годы

Комплекс мер по реализации Программы научных исследований
на казахстанском материаловедческом токамаке на 2024–2026 годы

Итого по Программе:

Республика Беларусь	–	500 тыс. белорусских рублей;
Республика Казахстан	–	1 115 млн тенге;
Российская Федерация	–	200 млн российских рублей.

Указанная стоимость работ носит оценочный характер и может уточняться участниками Программы по мере выполнения Комплекса мер в соответствии со статьей 5 Соглашения.

** В Российской Федерации реализация мероприятий Комплекса мер будет осуществляться за счет внебюджетных источников, привлекаемых исполнителями мероприятий в установленном национальным законодательством порядке.

Список сокращений:
ГНУ ИПМ РБ	–	Государственное научное учреждение «Институт порошковой металлургии имени академика О.В.Романа» (Республика Беларусь);
НИИ ЯП БГУ	–	Научно-исследовательский институт ядерных проблем Белорусского государственного университета Министерства образования Республики Беларусь;
ФТИ им. Иоффе	–	федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Физико-технический институт имени А.Ф.Иоффе» Российской академии наук;
ИАЭ НЯЦ РК	–	Институт атомной энергии – филиал Национального ядерного центра Республики Казахстан;
ИЯФ РК	–	Институт ядерной физики Республики Казахстан;
НИЦ «Курчатовский институт»	–	федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» (Российская Федерация);
НИЯУ МИФИ	–	федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (Российская Федерация);
НЯЦ РК	–	Национальный ядерный центр Республики Казахстан;
НИ ТПУ	–	федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (Российская Федерация);
ООО ИФТ	–	ООО «Иоффе фьюжн технолоджи» (Российская Федерация);
ТРИНИТИ	–	акционерное общество «Государственный научный центр «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» (Российская Федерация);
НИИЭФА	–	Акционерное общество «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова» (Российская Федерация).