МИФИсты прошли «предзащиту»: конструкция системы диагностики пыли была одобрена в ITER

На площадке строящегося международного термоядерного реактора ITER (ИТЭР) в конце марта успешно прошла процедура Preliminary Design Review (предварительное рассмотрение проектных решений) разрабатываемой в МИФИ системы пылевой диагностики. В очной форме в данной процедуре участвовали Алексей Айрапетов, Наталия Бутрова, Ярослав Садовский и Евгений Станкевич, а часть команды участвовала дистанционно.

Делегация МИФИ перед зданием ИТЭР

Как рассказал Ярослав Садовский, процедура представляла собой серьезную защиту перед большой комиссией, в которую входили как эксперты ИТЭР, так и приглашенные независимые специалисты: «Обычно мы переводим это название как предварительное рассмотрение проектных решений. В общем, защита  предварительной конструкции». Каждая система в ИТЭР проходит 3 стадии разработки конструкции: концептуальная, предварительная и финальная, после которых начинается уже подготовка к изготовлению «железа», которое будет стоять непосредственно в самой установке.

Презентации и обсуждения длились три дня. Помимо команды МИФИ выступали представители ИТЭР, курирующие эту систему, представители СПбПУ, занимающиеся прочностными расчетами элементов системы, и представители компании Cosylab (Словения), отвечающая за интеграцию системы с точки зрения автоматизации. Комиссия осталась очень довольна как техническим уровнем проработки, так и оперативными и точными ответами команды на вопросы и замечания; а также отдельно оценила визуальный стиль презентаций.

Что касается технических замечаний (а их делят на три категории: принципиальные; те, что надо поправить к следующей стадии разработки, и рекомендательные) — то результат оказался блестящим: принципиальное замечание только одно (в некоторых случаях их бывает чуть ли не  до 10), при этом, единственный серьезный минус, выявленный комиссией, относится не к функционированию самой системы, а к способу ее крепления к вакуумной камере ИТЭР.

Охота за микрочастицами

Разработка, о которой идет речь, уникальна. В отличие от бытового понимания пыли, диагностический комплекс МИФИ нацелен на «ловлю» микроскопических частиц, образующихся при воздействии плазмы на внутреннюю стенку токамака.

Задача усложняется условиями работы: в токамаке глубокий вакуум, сильное магнитное поле, высокая температура, после некоторой фазы будет высокий радиационный фон. При этом, система должна «залезть» через трубу диаметром меньше 30 мм и длинной более 15 м, собрать пыль из самого «сердца» токамака и вытащить ее для анализа, который тоже будет проводится в вакууме. Понятно, что обычный пылесос для этого нельзя использовать, да и в принципе, большинство решений, методов и материалов не удовлетворяют требованиям по радиационной стойкости, температуре, магнитному полю или требованиям с точки зрения вакуума. Рассмотрев разные варианты сборки пыли, мифисты выбрали электростатический принцип работы зонда для сбора пыли (по сути, это тот же эффект, что заставляет наэлектризованную расческу притягивать бумажки) и разработали на основе его зонд с высоковольтными электродами, который собирает пыль с эффективностью 85–90% в одноразовый контейнер. Этот зонд является основным элементом системы, которая призвана обеспечивать его передвижение, хранение пустых и полных контейнеров, проводить анализ пыли, причем все это в вакууме, без личного присутствия человека, в дистанционном или автоматическом режиме.

«Мы должны взять образец пыли и вывезти его почти за 20 метров от центральной части токамака. В первую очередь мы взвесим, сколько собрали, а вторая важная характеристика — сколько в этой пыли изотопов водорода (дейтерия и трития)», — объясняет Ярослав Садовский.

Мифисты в диагностической комнате ИТЭР 

Взгляд изнутри и планы на будущее

Поездка в ИТЭР запомнилась не только процедурой защиты. Для команды устроили экскурсию в здание, где готовят элементы к сборке, показали сам собирающийся токамак, а также привели в пустующую пока комнату, где в будущем разместится их система. «Сейчас она пустая, но мы туда зашли и сделали групповое фото. В эту комнату выходит один из фланцев токамака, к которому будет непосредственно стыковаться наша система», — с гордостью рассказывает Ярослав Садовский.

Работа на площадке ИТЭР кипит: «Много рабочих, всё двигается, нас тоже поторапливают». Следующий этап для команды МИФИ — Final Design Review (окончательное рассмотрение проекта), запланированный на третий квартал 2028 года.

«Кажется, что это не скоро, но на самом деле очень скоро», — резюмировал физик, отметив, что впереди — создание полномасштабных прототипов всех элементов системы. Ученые настроены решительно: горячий этап проекта только начинается.

Комментарий представителя ITER

Проект, представленный сотрудниками МИФИ прокомментировал ответственный технический сотрудник (technical responsible officer) Международной организации ITER, доктор инженерии Флориан Пенцель: «Предварительное рассмотрение проектных решений системы 55.G9 – Монитор пыли, продемонстрировало отличный уровень подготовки и профессионализма всей команды. Представленная документация была всеобъемлющей и хорошо структурированной, а технические обсуждения однозначно продемонстрировали хорошее понимание архитектуры системы, проектных решений и применимых требований. Защита подтвердила, что текущий уровень проекта уверенно соответствует зрелости уровня PDR. Оставшиеся пробелы, которые необходимо будет закрыть к FDR, хорошо понятны, явно обозначены и могут быть полностью заполнены к следующей фазе. В целом, команда продемонстрировала высококлассный PDR, отражающий и их техническую компетенцию и эффективное сотрудничество. Я бы хотел искренне поблагодарить Ярослава Садовского и команду за отличную подготовку и приверженность делу в течение всей защиты. Я бы также хотел отметить длительный и весомый вклад профессора Леона Беграмбекова, чье научное наследие продолжает определять всю систему. Его передовая работа по взаимодействию плазмы с поверхностью, вместе с его непосредственным вкладом в разработку головки для сбора пыли и проверку формы диагностических труб ИТЭР, положили научную и техническую базу для вей системы мониторинга пыли 55.G9.»

Пожелаем удачи коллегам!

Долгое время руководителем работ был профессор кафедры физики плазмы Леон Богданович Беграмбеков. К сожалению, Леон Богданович скончался в январе 2026 и не стал свидетелем успешного выступления своей команды на PDR, к подготовке к которому относился очень ответственно. Основными исполнителями являются сотрудники кафедры физики плазмы, но участвуют также сотрудники и студенты других институтов и кафедр.

Активное участие в проектировании и изготовлении прототипов оборудования принимает Учебный центр проектирования и прототипирования МИФИ, часть деталей изготовлена Лазерным центром МИФИ, нельзя не отметить помощь и консультации коллег из «Проектного центра ИТЭР».

Стоит пожелать удачи нашим коллегам, выполняющим важную миссию в рамках одного из самых масштабных среди существующих в мире международных научных проектов и решающим сложную междисциплинарную задачу.

ИТЭР снаружи...

...и ИТЭР внутри