Проект FAST: путь Японии к коммерческой термоядерной энергетике

Япония активизирует усилия по созданию коммерческой термоядерной энергетики, запуская новый амбициозный проект. Мики Нисимура, руководитель проекта FAST, рассказывает о новой японской инициативе, цель которой – достижение генерации электроэнергии на основе термоядерного синтеза к концу 2030-х годов.

В условиях глобальной гонки за коммерциализацию термоядерного синтеза все больше стран объединяют ресурсы для исследований и разработок в этой области. Япония, где уже находится крупнейший в мире действующий экспериментальный термоядерный реактор JT-60SA, является одним из лидеров в этой международной гонке.

Опираясь на свои сильные стороны и репутацию в секторе термоядерного синтеза, в конце 2024 года Япония запустила новую инициативу частного сектора – проект FAST (Fusion by Advanced Superconducting Tokamak). Проект направлен на достижение генерации электроэнергии на основе термоядерного синтеза к концу 2030-х годов.

Установка FAST будет построена на выбранной площадке в Японии. Ее задача – генерировать и поддерживать плазму с реакциями дейтерий-тритий (D-T), демонстрируя интегрированную систему термоядерной энергии, которая включает преобразование энергии, в том числе производство электроэнергии, и технологии топливного цикла. В проекте будет использована конфигурация токамака, выбранная из-за большого объема накопленных данных и хорошей масштабируемости этой технологии.

Мики Нисимура поясняет, что FAST – это недавно запущенная инициатива, нацеленная на демонстрацию производства электроэнергии и других критически важных технологий, необходимых для термоядерной электростанции, в 2030-х годах. Проект стремится ускорить развитие термоядерного синтеза как жизнеспособного источника энергии путем интеграции передовых технологий и сотрудничества с ключевыми отраслями и исследовательскими партнерами.

FAST является инициативой, возглавляемой частным сектором, которая объединяет ведущие японские университеты, национальные исследовательские институты и лидеров отрасли в сотрудничестве с международными партнерами из Великобритании, США и Канады. Используя сильные стороны Японии в термоядерных технологиях, включая токамак JT-60SA и производственные цепочки, созданные в рамках проекта ITER, FAST представляет собой уникальное японское партнерство между промышленностью, правительством и академическими кругами, стимулирующее развитие термоядерной энергетики как на национальном, так и на глобальном уровнях.

Проект FAST отличается тем, что делает упор на быструю проверку технологий и их практическое внедрение. Он призван преодолеть разрыв между экспериментами с плазмой и коммерческим развертыванием термоядерной энергетики.

Ключевым отличием является демонстрация работы с дейтерий-тритиевой (D-T) плазмой. В то время как большинство предыдущих термоядерных проектов использовали реакцию дейтерий-дейтерий (D-D), FAST намерен генерировать и поддерживать реакцию дейтерий-тритий (D-T), используя реальное топливо, необходимое для термоядерной электростанции. Это критически важный шаг к реальному производству энергии, поскольку он включает обращение с тритием и доказывает возможность полномасштабной демонстрации энергосистемы, включая интеграцию термоядерного топливного цикла.

FAST основан как на прочном фундаменте глобального сотрудничества, так и на существующих в Японии партнерствах между промышленностью и академическими кругами. На международном уровне FAST способствует сотрудничеству, объединяя исследователей из ведущих институтов и ключевых промышленных партнеров из Японии, Великобритании, США и Канады. Проект активно приглашает исследователей, промышленных партнеров и коллабораторов со всего мира внести свой вклад в эту новаторскую инициативу. Внутри Японии FAST возглавляют в основном частные компании, что схоже с ведущими термоядерными инициативами в США, но при этом проект усиливается интеграцией японских исследовательских возможностей мирового класса через партнерства с ведущими университетами и национальными исследовательскими институтами страны. Проект использует преимущества Японии, включая конструкцию и технологии крупнейшего в мире токамака JT-60SA, а также опыт поставщиков, накопленный в рамках проекта ITER, в частности, в области магнитов, гиротронов и инжекторов нейтральных пучков (NBI). Эта модель сотрудничества «промышленность-правительство-академия» под японским руководством служит примером ускорения развития термоядерной энергетики.

Для FAST выбрана конфигурация токамака – хорошо изученный метод удержания плазмы с самой обширной исследовательской базой. В частности, используется конструкция токамака с низким аспектным отношением и высокотемпературные сверхпроводящие (HTS) катушки, что позволяет создать более компактную и экономичную систему с более короткими сроками строительства. Несмотря на компактный размер, FAST служит важной платформой для продвижения практической термоядерной энергетики, способствуя разработке демонстрационных установок (DEMO) и пилотных термоядерных установок (FPP). Интегрируя передовые технологии, FAST ускоряет прогресс на пути к реализации коммерческой термоядерной энергии.

Проект FAST – это совместная работа ведущих институтов, государственных учреждений и партнеров из частного сектора. В нем участвуют передовые исследовательские институты в области термоядерного синтеза, инжиниринговые фирмы и энергетические компании.

Предлагаемые этапы проекта включают завершение концептуального проектирования и начало выбора площадки к 2025 финансовому году. Разработка ключевых компонентов и завершение инженерного проектирования планируются к 2028 году. Начало строительства намечено на 2030 год. Сборка системы и получение первой плазмы ожидаются к 2035 году. Демонстрация производства термоядерной энергии запланирована на конец 2030-х годов.

На данный момент уже сформирована команда концептуального проектирования, состоящая из исследователей плазмы, инженеров и экспертов, и обсуждение концептуального дизайна активно ведется. В ближайшее время начнется сотрудничество с промышленными партнерами и ускорится работа по выбору площадки.

Проект находится на ранней стадии, но ожидается возникновение различных технических проблем по мере его продвижения. Эти проблемы планируется решать с помощью сильной международной команды – партнерства между промышленностью и академическими кругами под руководством частного сектора, объединяющего экспертов по термоядерному синтезу из Японии и других стран.