На пути к созданию термоядерного реактора: актуальные задачи разработки перспективных систем
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-7-4-16Ключевые слова:
электрические системы токамака, нагрев плазмы, электромагнитные системы, системы интенсивного охлажденияАннотация
Статья посвящена достигнутому прогрессу в проектировании и сооружении термоядерных реакторов на основе дейтерий-тритиевой реакции ядерного синтеза. Приводятся экспериментальные данные, полученные в последние годы в токамаках, которые показывают снижение максимально достижимых параметров плазмы в зависимости от длительности разряда, что вызывает вопросы о достижимости стационарного режима термоядерного реактора. Обсуждаются причины, которые могут быть связаны как с проблемами эксплуатации инженерных систем обеспечения токамака, так и с физическими механизмами взаимодействия плазмы со стенкой реакторной камеры, влияющие на достижение высоких параметров плазмы, проявляясь на больших временных масштабах удержания плазмы в токамаке. Для успешного продвижения к энергетическому термоядерному реактору и проектирования в НИЦ «Курчатовский институт» термоядерного источника нейтронов ТИН-1 предлагается оценить накопленный опыт, в том числе негативный, при разработке, сооружении и эксплуатации действующих токамаков и строительстве систем международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР. На основе проведенного анализа предлагается рассмотреть создание эффективных мощных высокоскоростных электрических, электрофизических и технологических систем токамака-реактора для обеспечения эффективности энергетического термоядерного реактора.
Библиографические ссылки
1. Сахаров А.Д. Теория магнитного термоядерного реактора. – Успехи физических наук, 1967, т. 93, с. 564–571.
2. Арцимович Л.А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Физматлит, 1963, 496 с.
3. Кадомцев Б.Б., Шафранов В.Д. Магнитное удержание плазмы. – Успехи физических наук, 1983, т. 139, с. 399–434.
4. Мирнов С.В. Физические процессы в плазме токамака. М.: Энергоатомиздат, 1983, 185 с.
5. ITER Physics Basis. Chapter 1: Overview and Summary. – Nuclear Fusion, 1999, vol. 39, No. 12, DOI: 10.1088/0029-5515/39/12/301.
6. Основы проектирования магнитных термоядерных реакторов / под ред. В.А. Глухих, Г.Л. Саксаганского. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2016, 613 с.
7. Будаев В.П., Федорович С.Д. Физико-технические проблемы управляемого термоядерного синтеза. Saarbrücken, Germany: Lambert Academic Publishing, 2018, 136 c.
8. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. М.: Наука, 1988, 308 c.
9. Kadomtsev B.B. Tokamak Plasma: A Complex Physical System. CRC Press, 1992, 232 p.
10. Gong X. et al. Overview of Recent Experimental Results on the EAST Tokamak. – Nuclear Fusion, 2024, vol. 64, No. 11, DOI: 10.1088/1741-4326/ad4270.
11. Bucalossi J. et al. Overview of the WEST contributions to the new ITER baseline and fusion power plants. – Nuclear Fusion, 2026, DOI: 10.1088/1741-4326/ae7615.
12. Велихов Е.П. и др. Первые экспериментальные результаты на токамаке Т-15МД. – Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез, 2024, т. 47, № 2, с. 5–14.
13. ITER – The Way to New Energy [Электрон. ресурс], URL: https://www.iter.org/ (дата обращения 15.04.2026).
14. Дедов А.В. и др. Системы экспериментального термоядерного реактора. Т. 1. Термоядерный реактор ИТЭР. М.: Изд-во МЭИ, 2024, 387 с.
15. Mirnov S.V. Tokamak Evolution and View to Future. – Nuclear Fusion, 2019, vol. 59, No. 1, DOI: 10.1088/1741-4326/aaee92.
16. Беграмбеков Л.Б. Процессы в твердом теле под действием ионного и плазменного облучения. М.: МИФИ, 2008, 196 с.
17. Недоспасов А.В. Физика пристеночной плазмы в токамаках. – Успехи физических наук, 1987, т. 152, с. 479–492.
18. Будаев В.П и др. Эффекты дугообразования при действии плазмы на вольфрамовые компоненты первой стенки в токамаке. – Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез, 2019, т. 42, № 1, с. 51–56.
19. Eich N. et al. Scaling of the Tokamak Near the Scrape-Off Layer H-Mode Power Width and Implications for ITER. – Nuclear Fusion, 2013, vol. 53, No. 9, DOI: 10.1088/0029-5515/53/9/093031.
20. Велихов Е.П. и др. Гибридный термоядерный реактор для производства ядерного горючего с минимальным радиоактивным загрязнением топливного цикла. – Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез, 2014, т. 37, № 4, с. 5–10.
21. Субботин М.Л. и др. Текущее состояние исследований в НИЦ «Курчатовский институт» в рамках разработки термоядерного источника нейтронов ТИН-1 масштаба токамака Т-15МД. – LIII Международ. Звенигородская конф. по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2026, с. 125.
22. Duan X.R. et al. Recent Advance Progress of HL-3 Experiments – Nuclear Fusion, 2024, vol. 64, No. 11, DOI: 10.1088/1741-4326/ad6e9e.
23. Evans T.E. et al. RMP ELM Suppression in DIII-D Plasmas with ITER Similar Shapes and Collisionalities. – Nuclear Fusion, 2008, vol. 48, No. 2, DOI: 10.1088/0029-5515/48/2/024002.
24. Evans T.E. et al. Suppression of Large Edge-Localized Modes in High-Confinement DIII-D Plasmas with a Stochastic Magnetic Boundary. – Physical Review Letters, 2004, vol. 92, DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.235003.
25. Красильников А.В. и др. Токамак с реакторными технологиями (TRT): концепция, миссии, основные особенности и ожидаемые характеристики. – Физика плазмы, 2021, т. 47, № 11, с. 970–985.
26. Будаев В.П. Результаты испытаний вольфрамовых мишеней дивертора при мощных плазменно-тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба (обзор). – Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез, 2015, т. 38, № 4, с. 5–33.
27. Ван О.Г., Дедов А.В., Будаев В.П. Материалы обращённых к плазме компонентов термоядерных реакторов-токамаков: требования, термостабилизация, испытания (обзор). – Теплоэнергетика, 2021, № 3, с. 18–35.
28. Pitts R.A. et al. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-Facing Components. – Journal of Nuclear Materials, 2011, vol. 415,pp. 957–964, DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.01.114.
29. Pitts R.A. et al. Plasma-Wall Interaction Impact of the ITER Re-Baseline. – Nuclear Materials and Energy, 2025, vol. 42, DOI: 10.1016/j.nme.2024.101854.
30. Будаев В.П., Савин С.П., Зелёный Л.М. Наблюдения перемежаемости и обобщённого самоподобия в турбулентных пограничных слоях лабораторной и магнитосферной плазмы: на пути к определению количественных характеристик переноса. – Успехи физических наук, 2011, т. 181, № 9, с. 905–952.
31. Coenen J.W. et al. Materials for DEMO and Reactor Applications – Boundary Conditions and New Concepts. – Physica Scripta, 2016, vol. 167, DOI: 10.1088/0031-8949/2016/T167/014002.
32. Loarte A. et al. Transient Heat Loads in Current Fusion Experiments, Extrapolation to ITER and Consequences for Its Operation. – Physica Scripta, 2007, vol.128, DOI: 10.1088/0031-8949/2007/T128/043.
33. Loarte A. et al. Chapter 4: Power and Particle Control. – Nuclear Fusion, 2007, vol. 47, No. 6, DOI: 10.1088/0029-5515/47/6/S04.
34. Budaev V.P. et al. Erosion of Fuzz Layers Formed in Steady-State Plasma Discharge. – Fusion Science Technology, 2022, vol. 79, pp. 407–412, DOI: 10.1080/15361055.2022.2118471.
35. Budaev V.P. et al. High-Heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device. – Fusion Engineering and Design, 2020, vol. 155, DOI: 10.1016/j.fusengdes.2020.111694.
---
Работа выполнена при поддержке госзадания FSWF-2025-0001 и госзадания НИЦ «Курчатовский институт».
#
1. Saharov A.D. Uspekhi fizicheskih nauk – in Russ. (Advances in Physical Sciences), 1967, vol. 93, pp. 564–571.
2. Artsimovich L.A. Upravlyaemye termoyadernye reaktsii (Cont-rolled Thermonuclear Reactions). M.: Fizmatlit, 1963, 496 p.
3. Kadomtsev B.B., Shafranov V.D. Uspekhi fizicheskih nauk – in Russ. (Advances in Physical Sciences), 1983, vol. 139, pp. 399–434.
4. Mirnov S.V. Fizicheskie protsessy v plazme tokamaka (Physical Processes in Tokamak Plasma). M.: Energoatomizdat, 1983, 185 p.
5. ITER Physics Basis. Chapter 1: Overview and Summary. – Nuclear Fusion, 1999, vol. 39, No. 12, DOI: 10.1088/0029-5515/39/ 12/301.
6. Osnovy proektirovaniya magnitnyh termoyadernyh reaktorov (Fundamentals of Magnetic Fusion Reactor Design) / Ed. by V.A. Gluhih, G.L. Saksaganskiy. SPb.: Izd-vo Politekhnicheskogo universiteta, 2016, 613 p.
7. Budaev V.P., Fedorovich S.D. Fiziko-tekhnicheskie problemy upravlyaemogo termoyadernogo sinteza (Physical and Technical Problems of Controlled Thermonuclear Fusion). Saarbrücken, Germany: Lambert Academic Publishing, 2018, 136 c.
8. Kadomtsev B.B. Kollektivnye yavleniya v plazme (Collective Phenomena in Plasma). M.: Nauka, 1988, 308 c.
9. Kadomtsev B.B. Tokamak Plasma: A Complex Physical System. CRC Press, 1992, 232 p.
10. Gong X. et al. Overview of Recent Experimental Results on the EAST Tokamak. – Nuclear Fusion, 2024, vol. 64, No. 11, DOI: 10.1088/1741-4326/ad4270.
11. Bucalossi J. et al. Overview of the WEST contributions to the new ITER baseline and fusion power plants. – Nuclear Fusion, 2026, DOI: 10.1088/1741-4326/ae7615.
12. Velihov E.P. et al. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Termoyadernyy sintez – in Russ. (Issues of Atomic Science and Technology. Series: Thermonuclear Fusion), 2024, vol. 47, No. 2, pp. 5–14.
13. ITER – The Way to New Energy [Electron. resource], URL: https://www.iter.org/ (Accessed on 15.04.2026).
14. Dedov A.V. et al. Sistemy eksperimental’nogo termoyadernogo reaktora. Tom 1. Termoyadernyy reaktor ITER (Experimental Thermonuclear Reactor Systems. Vol. 1. ITER Thermonuclear Reactor). M.: Izd-vo MEI, 2024, 387 p.
15. Mirnov S.V. Tokamak Evolution and View to Future. – Nuclear Fusion, 2019, vol. 59, No. 1, DOI: 10.1088/1741-4326/aaee92.
16. Begrambekov L.B. Protsessy v tverdom tele pod deystviem ionnogo i plazmennogo oblucheniya (Processes in a Solid Body under the Influence of Ion and Plasma Irradiation). M.: MIFI, 2008, 196 p.
17. Nedospasov A.V. Uspekhi fizicheskih nauk – in Russ. (Advances in Physical Sciences), 1987, vol. 152, pp. 479–492.
18. Budaev V.P et al. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Termoyadernyy sintez – in Russ. (Issues of Atomic Science and Tech-nology. Series: Thermonuclear Fusion), 2019, vol. 42, No. 1, pp. 51–56.
19. Eich N. et al. Scaling of the Tokamak Near the Scrape-Off Layer H-Mode Power Width and Implications for ITER. – Nuclear Fusion, 2013, vol. 53, No. 9, DOI: 10.1088/0029-5515/53/9/093031.
20. Velihov E.P. et al. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Termoyadernyy sintez – in Russ. (Issues of Atomic Science and Tech-nology. Series: Thermonuclear Fusion), 2014, vol. 37, No. 4, pp. 5–10.
21. Subbotin M.L. et al. LIII Mezhdunarod. Zvenigorodskaya konf. po fizike plazmy i upravlyaemomu termoyadernomu sintezu – in Russ. (LIII Int. Zvenigorod Conf. on Plasma Physics and Controlled Thermonuclear Fusion), 2026, pp. 125.
22. Duan X.R. et al. Recent Advance Progress of HL-3 Experi-ments – Nuclear Fusion, 2024, vol. 64, No. 11, DOI: 10.1088/1741-4326/ad6e9e.
23. Evans T. E. et al. RMP ELM Suppression in DIII-D Plasmas with ITER Similar Shapes and Collisionalities. – Nuclear Fusion, 2008, vol. 48, No. 2, DOI: 10.1088/0029-5515/48/2/024002.
24. Evans T.E. et al. Suppression of Large Edge-Localized Modes in High-Confinement DIII-D Plasmas with a Stochastic Magnetic Boundary. – Physical Review Letters, 2004, vol. 92, DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.235003.
25. Krasil’nikov A.V. et al. Fizika plazmy – in Russ. (Plasma Physics), 2021, vol. 47, No. 11, pp. 970–985.
26. Budaev V.P. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Seriya: Termo-yadernyy sintez – in Russ. (Issues of Atomic Science and Technology. Series: Thermonuclear Fusion), 2015, vol. 38, No. 4, pp. 5–33.
27. Van O.G., Dedov A.V., Budaev V.P. Teploenergetika – in Russ. (Thermal Power Engineering), 2021, No. 3, pp. 18–35.
28. Pitts R.A. et al. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-Facing Components. – Journal of Nuclear Materials, 2011, vol. 415, pp. 957–964, DOI: 10.1016/j.jnucmat.2011.01.114.
29. Pitts R.A. et al. Plasma-Wall Interaction Impact of the ITER Re-Baseline. – Nuclear Materials and Energy, 2025, vol. 42, DOI: 10. 1016/j.nme.2024.101854.
30. Budaev V.P., Savin S.P., Zelyonyy L.M. Uspekhi fizicheskih nauk – in Russ. (Advances in Physical Sciences), 2011, vol. 181, No. 9, pp. 905–952.
31. Coenen J.W. et al. Materials for DEMO and Reactor Applications – Boundary Conditions and New Concepts. – Physica Scripta, 2016, vol. 167, DOI: 10.1088/0031-8949/2016/T167/014002.
32. Loarte A. et al. Transient Heat Loads in Current Fusion Experiments, Extrapolation to ITER and Consequences for Its Operation. – Physica Scripta, 2007, vol.128, DOI: 10.1088/0031-8949/2007/T128/043.
33. Loarte A. et al. Chapter 4: Power and Particle Control. – Nuclear Fusion, 2007, vol. 47, No. 6, DOI: 10.1088/0029-5515/47/6/S04.
34. Budaev V.P. et al. Erosion of Fuzz Layers Formed in Steady-State Plasma Discharge. – Fusion Science Technology, 2022, vol. 79, pp. 407–412, DOI: 10.1080/15361055.2022.2118471.
35. Budaev V.P. et al. High-Heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device. – Fusion Engineering and Design, 2020, vol. 155, DOI: 10.1016/j.fusengdes.2020.111694
---
The work was financially supported within the framework of the state assignment FSWF-2025-0001 and the state assignment of the Kurchatov Institute Research Center
