Цель проекта
комплексное развитие федерального центра коллективного пользования, обеспечивающее эффективную поддержку реализации
научных и (или) научно-технических проектов, вне зависимости от областей (отраслей) знаний, направленных на получение
результатов, необходимых для реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации (Указ
Президента РФ от 1 декабря 2016 г. № 642 «О стратегии научно-технологического развития Российской Федерации»);
существенный рост загрузки оборудования ФЦКП, в первую очередь за счет оказания услуг для реализации проектов ведущим
российским и (или) зарубежным научным группам и коллективам;
расширение перечня и комплексности оказываемых услуг, а также круга пользователей и развитие научной коммуникации ФТИ
им. А.Ф. Иоффе - организации, в которой создан Центр – с ведущими российскими и зарубежными научными центрами и
организациями;
качественное улучшение инфраструктуры Центра путем дооснащения его современным высокотехнологичным,
производительным научным оборудованием, позволяющим вывести на проектные параметры не имеющую российских аналогов
модернизированную уникальную научную установку Глобус-М и предоставить пользователям возможность проводить
разработки в рамках технологической платформы «Управляемый термоядерный синтез» и отрабатывать технологии,
обеспечивающие переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике и направленные на формирование новых
источников энергии в рамках Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, утвержденной указом
Президента РФ от 01.12.2016 г. № 642;
создание условий для проведения исследований и разработок с использованием ресурсов ФЦКП, соответствующих
современным принципам организации научной, научно-технической, инновационной деятельности и лучшим российским и
мировым практикам.
Основные результаты проекта
Реализованы мероприятия по развитию ЦКП
- проведены мероприятия по улучшению доступности и востребованности оборудования ФЦКП для проведения научно-
исследовательских работ по заявкам третьих лиц;
- закуплено современное дорогостоящее научное и/или метрологическое оборудование (стоимостью свыше 1 млн. рублей) на
сумму не менее 80 % от стоимости проекта, в том числе комплектующих, необходимых для сборки и (или) изготовления такого
оборудования;
- разработаны (освоены) новые методики исследований и измерений;
- обеспечена уникальность предоставляемых ФЦКП услуг, за счет их комплексности и развития в составе оборудования
Центра сферического токамака Глобус-М2;
- проведено развитие сайта ФЦКП в соответствии с Типовыми требованиями к официальным сайтам ЦКП, утвержденными
приказом Минобрнауки России от 18 июля 2016 г. № 871.
- обеспечена подготовка кадров для ФЦКП;
- расширен перечень оказываемых ФЦКП услуг;
- выполнены работы и оказаны услуги для выполнения научные и научно-технических проектов, а также осуществления
экспериментальных разработок ФЦКП с использованием современных методик исследований и измерений, в т.ч. новых методик
разработанных в ходе реализации проекта;
- проведена реализация комплекса мероприятий, направленных на обеспечение максимальной загрузки оборудования ФЦКП и
привлечение третьих лиц (в соответствии с приказом Минобрнауки России от 27 октября 2011 г № 2561);
- проведены мероприятия, направленные на метрологическое обеспечение деятельности ЦКП
Мероприятия, проведенные на этапе № 1 настоящего соглашения, были сконцентрированы на дооснащении инфраструктуры
ЦКП современным дорогостоящим оборудованием.
Дооснащение приборно-аналитической базы ФЦКП современным дорогостоящим научным и метрологическим оборудованием
– закупка оборудования:
Заключены договора на поставку следующего оборудования:
– Система ионного травления и полировки SEM Mill 1061, Fischione, США;
– Энергодисперсионный спектрометр QUANTAX XFlash 6, Bruker, Германия;
– Компактный анализатор потока атомов перезарядки CNPA;
– Лазерная зондирующая система на базе Nd:YAG лазера 330Гц;
– Спектроанализирующий комплекс диагностики томсоновского рассеяния;
– Двухполярный (реверсивный) источник питания 3кА на базе ШИМ преобразователя на IGBT модулях;
– Электровакуумная печь ПЭВ 500x710-1300;
– Прецизионная полуавтоматическая полировальная система MultiPrep TEM System 8'' с принадлежностями производства фирмы
Allied High Tech Products, Inc. (США);
– Системы сверхвысоковакуумной откачки колонны первичных ионных пучков и источников первичных ионов, аналитической
камеры и масс-спектрометрической части вторично-ионного микрозондового масс-спектрометра IMS-7f.
Установлено и запущено следующее оборудование:
– Система ионного травления и полировки SEM Mill 1061, Fischione, США;
– Турбомолекулярный насос в комплекте.
Разработаны и освоены новые методики исследований и/или измерений:
– Методика измерения относительной концентрации изотопов водорода в плазме с помощью анализатора атомов перезарядки;
– Методика (метод) измерений «Вольфрам. Определение содержания примеси атомов дейтерия методом вторично-ионной
масс-спектрометрии»;
Разработана цифровая система управления плазменной мишенью в токамаке Глобус-М2.
Проведены работы по разработке и макетированию модулей цифровой системы управления плазменной мишенью.
Проведена подготовка и ремонт помещений УНУ Глобус-М в связи с приобретением нового оборудования.
Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного
исследования и экспериментальной разработки
Охраноспособными результатами при выполнении работ являются результаты, полученные, в первую очередь, при проведении
исследований и измерений для внешних пользователей и опубликованные в ведущих отечественных и зарубежных журналах.
Кроме того, объектами интеллектуальной собственности являются разработанные уникальные методики измерений,
позволяющие получать точные количественные данные и характеризовать параметры плазмы в сферическом токамаке Глобус-М.
Назначение и область применения результатов проекта
Высокотемпературная плазма – основной и самый сложный объект, используемый в системах гибридной ядерной энергетики.
Проект направлен на развитие входящей в состав ФЦКП УНУ компактного сферического токамака Глобус-М2, путем
увеличения давления, температуры и плотности плазмы до субтермоядерных значений, что позволяет значительно расширить
область проводимых исследований и привлечь дополнительных пользователей. Высокотемпературная плазма, получаемая в
модернизированном токамаке Глобус-М2 по своим характеристикам приближена к параметрам прототипа термоядерного
источника нейтронов, а выход нейтронов в реакции синтеза D-D ядер в Глобус-М2 увеличен на два порядка по сравнению с
токамаком Глобус-М.
Основными пользователями, в первую очередь, станут научные организации, занимающиеся проблемой создания управляемого
термоядерного источника нейтронов. Это ИЯФ СО РАН (Новосибирск) и Троицкий научно-исследовательский институт
инновационных и термоядерных исследований (Троицк, Москва). Сюда же, конечно, входит и НИЦ "Курчатовский институт"
(Москва), как организация много лет лидирующая в исследованиях по термоядерному синтезу в России. Курчатовский
институт, несомненно, заинтересует и прикладное значение результатов проекта для использования сферического токамака в
составе гибридного реактора синтез-деление. Разработка инженерной конструкции компактного сферического токамака и
создание ядерного бланкета для компактного источника нейтронов является интересной ядерно-физической и инженерной
задачей, что подразумевает участие ключевых организаций Росатома, таких как НИКИЭТ им. Доллежаля (Москва), ВНИИНМ
им. А.А. Бочвара (Москва) и АО "НИИЭФА" (С. Петербург). Институт прикладной физики (Нижний Новгород) как и ИЯФ СО
РАН (Новосибирск) смогут принять участие в разработке систем дополнительного нагрева плазмы токамака.
В исследованиях на сферическом токамаке Глобус-М2 и на последующих прототипах компактных источников нейтронов
заинтересованы крупные университеты России – МГУ им. М.В.Ломоносова, НИЯУ МИФИ (оба Москва), СПбГУ, СПбПУ
Петра Великого (оба С. Петербург), ТПУ (Томск). На них они смогут в реальных условиях термоядерного эксперимента
готовить высококвалифицированные кадры преподавателей и обучать студентов. В НИЯУ МИФИ, СПбПУ Петра Великого,
создаются новые лаборатории, направленные на проведение исследований на сферическом токамаке Глобус-М2 в области
УТС, филиале МЭИ в городе Волжский создается новая лаборатория направленная на исследования процессов управления
энергетическими системами, в том числе сферического токамака Глобус-М2. Также востребованным является диагностический
комплекс ЦКП в области материаловедения. В НИУ ИТМО создается лаборатория «Однофотонных детекторов и
генераторов», которая заинтересована в проведении исследований в области транспортных и структурных свойств
конденсированных низкоразмерных и наноструктурированных систем, физико-химических процессов формирования твердых
тел, физики фазовых переходов, устройств и систем альтернативной энергетики.
Создаваемые в рамках проекта новые методики измерений и комплекс оборудования ФЦКП, включающий уникальную научную
установку Глобус-М, оснащенную аналитической и измерительной аппаратурой, будут применяться для выполнения задач
технологической платформы УТС и решения практических проблем приоритетной научной задачи «Исследования и разработка
физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики». Инфраструктура
ФЦКП будет предоставлена пользователям для проведения научных исследований мирового уровня и разработки технологий,
позволяющих вплотную подойти к созданию прототипа компактного термоядерного источника нейтронов и, в дальнейшем, к
созданию гибридных систем «синтез-деление». Такие системы, обладающие высоким коэффициентом размножения первичных
нейтронов, вырабатываемых термоядерным источником, характеризуются как безопасные (в них невозможно
неконтролируемое деление ядерного топлива) и экологически чистые (в них не образуются долгоживущие радиоактивные
изотопы). Более того, они могут быть использованы как «дожигатели» долгоживущих минорных актинидов, производимых
традиционно используемыми энергетическими ядерными реакторами деления. Их применение, совместно с ядерными
реакторами на быстрых нейтронах, позволит «замкнуть» топливный ядерный цикл энергетических ядерных реакторов деления,
реализовав тем самым принципы эффективной экологически чистой, ресурсосберегающей и безопасной гибридной ядерной
энергетики.
Полученные результаты будут востребованы научным сообществом, научно-исследовательскими организациями и высшими
учебными заведениями, выполняющими исследования и разработки в интересах создания научно-технологического задела для
обеспечения инновационного развития экономики страны.
Эффекты от внедрения результатов проекта
По существующим оценкам к концу текущего столетия должна измениться структура источников первичной энергии. Из-за
сокращения запасов органического топлива доля традиционной энергетики снизится до 20%. При этом 40% составят
возобновляемые источники энергии. Еще 40% будет приходиться на ядерную энергетику при ее установленной электрической
мощности около 10 000 ГВт. Также требования к развитию энергетики связаны с сокращением выбросов парниковых газов.
Следует отметить, что в настоящее время стоимость получения энергии от возобновляемых источников высока и для
удовлетворения потребностей требует затрат в размере 20-25% от мирового валового продукта.
Экономический анализ показывает, что при превышении энергетических затрат величины 10% валового продукта в мировой
экономике возникают тенденции к развитию кризисов и росту социальной напряженности. В настоящее время большая часть
ядерной энергии производится на тепловых атомных реакторах при делении изотопа 235U, когда уровень использования
природного урана составляет всего примерно 1%. Для наработки топлива возможно использовать быстрые реакторы с
коэффициентом воспроизводства 1,5-1,6. Мировой опыт показал, однако, что быстрые реакторы дороги и в настоящее время
не готовы для широкого применения. Решение проблемы наработки ядерного топлива может быть достигнуто путем создания
гибридных термоядерных реакторов, которые позволяют также организовать наиболее чистый с точки зрения радиоактивности
процесс переработки облученного топлива.