ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) представляет собой крупнейший в мире международный экспериментальный термоядерный реактор, предназначенный для демонстрации возможности управляемого термоядерного синтеза как источника энергии. Основная цель проекта заключается в достижении состояния, когда термоядерная плазма способна самостоятельно поддерживать реакции синтеза с коэффициентом усиления энергии Q ≥ 10, то есть реакция вырабатывает в десять раз больше энергии, чем затрачивается на нагрев плазмы.
ITER строится как токамак с магнитной конфигурацией, использующий тороидальную камеру для удержания высокотемпературной плазмы при температурах порядка 150 млн К — в 10 раз выше температуры ядра Солнца.
Проект реализуется совместно ЕС, США, Россией, Китаем, Индией, Японией и Южной Кореей, что делает его символом международного сотрудничества в области фундаментальной науки и энергетики будущего.
Вакуумная камера: Основная рабочая зона ITER — тороидальная вакуумная камера из нержавеющей стали с внутренним объемом около 840 м³. Вакуум необходим для минимизации взаимодействия плазмы с атомами газа, что позволяет поддерживать стабильные условия синтеза.
Сверхпроводящие магнитные катушки: Для удержания плазмы используются сверхпроводящие тороидальные и полоидальные катушки из Nb₃Sn и NbTi, способные создавать магнитное поле до 13 Т. Сверхпроводимость обеспечивает минимальные потери энергии на поддержание магнитного поля и позволяет длительно удерживать плазму.
Система нагрева плазмы: ITER использует три основных способа нагрева плазмы:
Система охлаждения и первая стенка: Для отвода тепла и защиты конструкций используется жидкосолевой и водоохлаждаемый термостойкий экран. Первая стенка покрыта слоем из бериллия и ВLi₄ для эффективного поглощения тепловой нагрузки и нейтронного облучения.
Топливо: ITER предназначен для работы на смеси дейтерия и трития, что обеспечивает наиболее высокую реакционную способность при относительно низких условиях по сравнению с другими изотопами водорода.
Плотность и температура:
Параметр Линде (или Triple Product): Для устойчивого поддержания реакции необходим параметр nTτE, где n — плотность плазмы, T — температура, τE — время удержания энергии. В ITER планируется достичь значения nTτE ≈ 3 × 1021 м−3 ⋅ кэВ ⋅ с, что позволит реализовать самоподдерживающуюся плазму.
Конфайнмент плазмы: Использование магнитного удержания позволяет минимизировать тепловые потери и взаимодействие с стенками камеры. Плазма стабилизируется активными корректирующими катушками и системой диагностики, отслеживающей её форму и состояние в реальном времени.
Оптические и рентгеновские системы: Позволяют измерять температуру, плотность и состав плазмы.
Нейтронные детекторы: Фиксируют поток нейтронов, что важно для оценки эффективности термоядерной реакции и выработки энергии.
Электромагнитные датчики: Отслеживают токи и магнитные поля, необходимые для стабилизации плазмы.
Инфракрасные и тепловые камеры: Используются для контроля состояния первой стенки и тепловой нагрузки.
ITER испытывает экстремальные условия нейтронного облучения: энергия нейтронов достигает 14 МэВ. Основные задачи материалов:
Для этих целей используются:
ITER проектируется с учётом многократных систем защиты:
Энергия, высвобождаемая при синтезе, в основном переносится нейтронами, которые затем нагревают теплоноситель для преобразования в электрическую энергию на последующих коммерческих реакторах.