Организация ИТЭР завершила coздание cамой крупной и мощной импульсной магнитной системы в мире

Веха в развитии термоядерной энергетики: проект ИТЭР завершил создание всех компонентов самой крупной и мощной импульсной сверхпроводящей магнитной системы в мире.

ИТЭР — это международное сотрудничество более чем 30 стран, направленное на демонстрацию жизнеспособности управляемого термоядерного синтеза — источника энергии Солнца и звезд — как обильного, безопасного и безуглеродного источника энергии для планеты.

Шестой модуль Центрального соленоида, изготовленный и испытанный компанией General Atomics в США, стал последним элементом, завершившим создание магнитной системы. После сборки на площадке ИТЭР на юге Франции Центральный соленоид станет самым мощным магнитом в системе, обладающим силой, достаточной для подъема авианосца.

Центральный соленоид будет работать совместно с шестью кольцеобразными магнитами Полоидального поля (PF), произведёнными Россией, Европой и Китаем.

Полностью собранная импульсная магнитная система будет весить почти 3000 тонн и станет электромагнитным сердцем токамака ИТЭР — тороидального термоядерного реактора.

Как работает импульсная сверхпроводящая магнитная система?

Шаг 1. В камеру токамака ИТЭР вводится несколько граммов топлива — смеси газов дейтерия и трития.

Шаг 2. Импульсная магнитная система создает электрический ток, ионизируя водородный газ и образуя плазму — облако заряженных частиц.

Шаг 3. Магниты формируют «невидимую клетку», которая удерживает и придаёт форму плазме.

Шаг 4. Системы внешнего нагрева повышают температуру плазмы до 150 миллионов градусов Цельсия — в 10 раз горячее, чем в ядре Солнца.

Шаг 5. При этой температуре атомные ядра плазмы начинают сливаться, высвобождая огромное количество тепловой энергии.

Десятикратное увеличение энергии

На полной мощности ИТЭР должен производить 500 мегаватт термоядерной энергии при вводе всего 50 мегаватт тепловой мощности, достигая десятикратного прироста. При достижении заданного уровня эффективности высвобождаемая в процессе термоядерного синтеза энергия становится достаточной для поддержания реакции без внешнего подведения тепла, что знаменует переход плазмы в режим горения (burning plasma).

Объединяя все необходимые для промышленного термоядерного синтеза системы, ИТЭР становится крупнейшей научной лабораторией для стран-участниц, предоставляя критически важные знания и данные для оптимизации коммерческих термоядерных технологий.

Глобальная модель сотрудничества

Достижение ИТЭР является также выдающимся примером геополитического сотрудничества: проект поддерживается семью основными участниками — Китаем, Европой, Индией, Японией, Кореей, Россией и США. Тысячи учёных и инженеров создали компоненты на сотнях заводов на трёх континентах, чтобы собрать единую машину.

Пьетро Барабаски, генеральный директор ИТЭР, отметил:

«Уникальность ИТЭР заключается не только в технической сложности, но и в том, что международное сотрудничество выдержало испытание временем и меняющимися политическими реалиями. Это достижение доказывает: перед лицом глобальных вызовов — таких как изменение климата и энергетическая безопасность — человечество способно преодолевать национальные различия для поиска решений. Проект ИТЭР — воплощение надежды. Он доказывает, что устойчивое энергетическое будущее и мирный путь развития возможны».

Значительный прогресс

В 2024 году ИТЭР достиг 100% целей строительства. Большинство основных компонентов доставлено, токамак ИТЭР сейчас находится на стадии сборки. В апреле 2025 года первый модуль вакуумного сосуда был установлен в шахту токамака примерно на три недели раньше запланированного срока.

Расширение сотрудничества с частным сектором

За последние пять лет значительно возросли инвестиции частных компаний в исследования и разработки в области термоядерной энергии. В ноябре 2023 года Совет ИТЭР признал ценность этого тренда и призвал Организацию ИТЭР и национальные агентства активно взаимодействовать с частным сектором для ускорения продвижения к коммерческому термоядерному синтезу.

В 2024 году ИТЭР запустил программу сотрудничества с частным сектором, открыв несколько каналов для передачи знаний, документации, данных и проведения совместных исследований и разработок. Инициатива по технологическому обмену предусматривает также предоставление данных о глобальной цепочке поставок ИТЭР, способствуя расширению возможностей государств-участников и их промышленных предприятий.

В апреле 2025 года ИТЭР провел уже второй рабочий семинар представителей частных компаний и научных организаций для совместной работы над решением оставшихся технологических задач термоядерного синтеза. 

Как участники проекта ИТЭР внесли вклад в это достижение?

В соответствии с Соглашением об ИТЭР, участники покрывают основную часть затрат на строительство проекта путём изготовления и поставки компонентов. Такая схема предусматривает, что финансирование от каждой стороны направляется в первую очередь на развитие собственных компаний для производства передовых технологий ИТЭР. В результате компании не только стимулируют инновации, но и накапливают ценные компетенции, формируя глобальную цепочку поставок для термоядерной энергетики.

Европа, как принимающая сторона проекта, финансирует 45 % затрат на строительство токамака ИТЭР и сопутствующих систем. Китай, Индия, Япония, Корея, Россия и Соединённые Штаты Америки вносят по 9 % каждый, при этом все участники получают доступ к 100 % интеллектуальной собственности проекта.

Россия поставила кольцевой магнит полоидального поля диаметром 9 метров, который будет установлен в верхней части токамака ИТЭР.

• В тесном сотрудничестве с Европой Россия также произвела около 120 тонн сверхпроводников на основе ниобий-титанового сплава (NbTi), что составляет примерно 40 % от общего объёма сверхпроводников, необходимых для магнитов полоидального поля ИТЭР.
• Кроме того, Россия изготовила около 20 % сверхпроводников на основе ниобий-оловянного сплава (Nb₃Sn), используемых в магнитах тороидального поля ИТЭР.
• Также Россия произвела гигантские шинопроводы для подачи электроэнергии к магнитам с требуемыми напряжением и током, а также верхние портплаги для секторов вакуумной камеры ИТЭР.

Соединённые Штаты изготовили Центральный соленоид, состоящий из шести рабочих модулей и одного запасного.

• США также поставили на ИТЭР опорную конструкцию ("экзоскелет") для Центрального соленоида, которая обеспечит его устойчивость к экстремальным нагрузкам, возникающим в процессе работы. Экзоскелет состоит из более чем 9 000 отдельных деталей, произведённых восемью американскими поставщиками.
• Кроме того, США изготовили около 8 % сверхпроводников на основе ниобий-оловянного сплава (Nb₃Sn), используемых в магнитах тороидального поля ИТЭР. 

Европа изготовила четыре кольцевых магнита полоидального поля непосредственно на площадке во Франции; их диаметр варьируется от 17 до 24 метров.

• Европа тесно сотрудничала с Россией при производстве сверхпроводников на основе ниобий-титанового сплава (NbTi), используемых в магнитах полоидального поля №1 и №6.
• Европа также поставила 10 магнитов тороидального поля для ИТЭР и изготовила значительную часть сверхпроводников на основе ниобий-оловянного сплава (Nb₃Sn), применяемых в этих магнитах.
• Кроме того, Европа занимается изготовлением пяти из девяти секторов вакуумной камеры токамака — тороидальной камеры, где будет происходить термоядерная реакция.

Китай, в рамках соглашения, изготовил магнит полоидального поля диаметром 10 метров. Этот магнит уже установлен в нижней части токамака ИТЭР.

• Китай также поставил сверхпроводники на основе ниобий-титанового сплава (NbTi) для магнитов полоидального поля №2, 3, 4 и 5, что составляет около 65 % от общего объёма сверхпроводников для магнитов ПФ, а также около 8 % сверхпроводников для магнитов тороидального поля.
• Кроме того, Китай изготовил 18 сверхпроводящих корректирующих магнитов, размещённых вокруг токамака для тонкой настройки плазменных реакций.
• Китай поставил 31 магнитный фидер — многоуровневые каналы, предназначенные для подачи электроэнергии к электромагнитам ИТЭР, а также жидкого гелия для их охлаждения до температуры –269 градусов Цельсия, необходимой для достижения сверхпроводимости.

Япония изготовила и отправила в Соединённые Штаты 43 километра сверхпроводящей проволоки на основе ниобий-оловянного сплава (Nb₃Sn), использованной для создания модулей Центрального соленоида.

• Япония также изготовила 8 из 18 магнитов тороидального поля (TF), а также запасной модуль, и все корпуса для этих магнитов.
• Кроме того, Япония произвела 25 % сверхпроводников на основе ниобий-оловянного сплава (Nb₃Sn), использованных в магнитах тороидального поля.

Корея изготовила стапели для предварительной сборки крупнейших компонентов ИТЭР, обеспечив возможность установки магнитов тороидального поля и тепловых экранов в сектора вакуумной камеры с миллиметровой точностью.

• Корея также произвела 20 % сверхпроводников Nb₃Sn для магнитов тороидального поля.
• Кроме того, Корея изготовила тепловую защиту (thermal shield), создающую физический барьер между сверхгорячей плазмой и сверхохлаждёнными магнитами.
• Корея поставила четыре из девяти секторов вакуумной камеры токамака.

Индия изготовила криостат ИТЭР — гигантский термос высотой 30 метров и диаметром 30 метров, внутри которого будет расположен токамак ИТЭР.

• Индия также поставила криогенные трубопроводы для распределения жидкого гелия, необходимого для охлаждения магнитов ИТЭР.
• Кроме того, Индия несёт ответственность за поставку системы водяного охлаждения, внутристенной защиты токамака и множества компонентов внешних систем нагрева плазмы.

В целом магнитная система ИТЭР будет состоять из 10 000 тонн сверхпроводящих магнитов с суммарной накопленной магнитной энергией в 51 гигаджоуль. Для их изготовления потребовалось более 100 000 километров сверхпроводящих нитей, произведённых на девяти заводах в шести странах.

Технические характеристики магнитных систем ИТЭР:

Магниты полоидального поля (кольцевые магниты):

• Диаметры: от 9 метров (PF1) до 10 метров (PF6), 17 метров (PF2 и PF5) и 25 метров (PF3 и PF4)
• Масса: от 160 до 400 тонн
• Изготовлены в России, Европе (Франция) и Китае
• Материал: сверхпроводящая нить NbTi, произведённая в Европе, Китае и России
• Охлаждение: работа при температуре 4,5 Кельвина (–269 °C) с использованием жидкого гелия

Катушки тороидального поля (D-образные магниты, завершены к концу 2023 года):

• Размеры каждой катушки: 17 метров в высоту и 9 метров в ширину
• Масса: около 360 тонн каждая
• Изготовлены в Европе (Италия) и Японии
• Материал: сверхпроводящая нить Nb₃Sn, произведённая в Европе, Корее, России и США
• Охлаждение: работа при температуре 4,5 Кельвина (–269 °C) с использованием жидкого гелия

Центральный соленоид (цилиндрический магнит):

• Высота: 18 метров
• Диаметр: 4,25 метра
• Масса: около 1 000 тонн
• Индукция магнитного поля: 13 Тесла (в 280 000 раз сильнее магнитного поля Земли)
• Накопленная магнитная энергия: 6,4 гигаджоуля
• Назначение: возбуждение и поддержание плазменного тока 15 МА (мегаампер) в течение импульсов длительностью 300–500 секунд
• Изготовлен в США
• Материал: сверхпроводящая нить Nb₃Sn, произведённая в Японии
• Охлаждение: работа при температуре 4,5 Кельвина (–269 °C) с использованием криогенной системы на жидком гелии для поддержания сверхпроводимости
• Несущая конструкция (экзоскелет): рассчитана на силы до 100 меганьютонов (эквивалент удвоенной тяги при запуске космического шаттла)

Корректирующие катушки и магнитные фидеры:

• Корректирующие катушки: изготовлены в Китае; критически важны для тонкой стабилизации плазмы.
• Магнитные фидеры: обеспечивают подачу криогенов, электроэнергии и сигналы измерительных систем к магнитам; также изготовлены в Китае.

Источник: Организация ИТЭР