Содержание
Вопросы и ответы по ИТЭР / Хабр
Q: Что такое ITER?
A: ITER (ИТЭР, International Thermonuclear Experimental Reactor) — экспериментальный термоядерный реактор на базе концепции токамака. Проектирование в несколько подходов (разных вариантов) шло с 1992 по 2007 год, сооружение — с 2009 по настоящее время (и продолжается). Токамак ИТЭР будет примерно вдвое больше предшественников по всем размерам, примерно в 10 раз объемнее и тяжелее, в 15 раз дороже, и в 25 раз мощнее с точки зрения термоядерной мощности.
Q: Какие у него цели?
A: Набор основных задач ИТЭР можно ранжировать так:
- Продемонстрировать возможность управляемого термоядерного синтеза с временем горения и мощностью промышленного масштаба.
- На практике столкнуться и решить инженерные вопросы создания термоядерного реактора промышленного масштаба — при всей банальности это одна из важнейших и сложнейших задач ИТЭР, без которой невозможно понимание перспектив развития термоядерных электростанций в целом.
- Исследовать оставшиеся вопросы физики плазмы токамаков, в т.ч. возможно найти какие-то ее особенности, которые упростят создание промышленных термоядерных реакторов.
- На практике разработать и опробовать технологию размножающих тритий бланкетов — совершенно необходимая деталь для токамаков, ориентирующихся на термоядерную реакцию слияния дейтерия и трития.
- Накопить опыт организации строительства и эксплуатации термоядерных реакторов/электростанций
Q: А какая мощность у ИТЭР?
A: Начнем с того, что ИТЭР не будет вырабатывать электроэнергию — все тепло будет просто сбрасываться в градирни системы охлаждения. Турбина оказалась слабо совместима с импульсными режимами работы, которые освоены для токамаков на сегодня (о них ниже) и интересами ученых. Поэтому получается, что мощностей у ИТЭР довольно много, давайте их перечислим:
Мощность сбрасываемая в градирни всеми источниками тепла, максимальная — 1150 мегаватт.
Мощность, выделяющаяся в плазме в разных режимах токамака от 250 до 700 мегаватт.
Из них мощность термоядерной реакции от 200 до 630 мегаватт, а остальное вкладывается системами нагрева плазмы.
При этом сам ИТЭР потребляет значительную мощность от “розетки” — порядка 600 мегаватт в момент горения (или как его называют — выстрела) плазмы и около 110 мегаватт при подготовке
Еще большее количество энергии циркулирует в системе электропитания сверхпроводящих магнитов — из-за необходимости изменять ток в магнитах во время плазменного выстрела в системе магниты — реактивная компенсация гуляет около 2 гигаватт реактивной мощности. Из “розетки” эта система потребляет около 250 мегаватт, входящих в 600 общего потребления.
Таким образом, получается, что хотя с физической точки зрения ИТЭР, его термоядерная мощность в 10 раз превосходит мощность нагрева, с инженерной точки зрения ИТЭР не дотягивает даже до единицы. Однако связано это скорее не с принципиальной невозможностью, а оптимизацией затрат — пока выгоднее сделать токамак импульсным и не вырабатывающим энергию.
Q: А что значит импульсный? Сколько времени будет длиться “импульс” в ИТЭР?
A: Одной из важных составляющих удержания плазмы в токамаке является кольцевой ток, который течет в этой плазме. Изначально, для простоты он всегда поддерживался по принципу трансформатора — если мы поместим в центр токамака большую катушку (называемую центральный соленоид или индуктор) и начнем изменять в ней ток, то по плазме потечет вторичный ток (как и в трансформаторе). Такой режим называется индуктивным. Однако таким образом можно поддерживать ток плазмы ограниченное время — пока центральный соленоид перекидывается от максимального к минимальному значению тока в себе (в случае ИТЭР это будет от +55 килоампер до -55 килоампер. К сожалению, чтобы развернуть процесс обратно, нужно поменять направление тока плазмы, на что уйдет слишком много энергии, чтобы это было разумным). В ИТЭР используется абсолютно рекордный центральный соленоид массой ~1000 тонн, и его запаса энергии хватает на 400 секунд индуктивного режима на номинальной мощности 500 мегаватт, или 100 секунд с током плазмы 17 мегампер, при котором мощность будет ~700 мегаватт.
Существует возможность и поддержания тока плазмы с помощью радиочастотных систем и инжекторов нейтрального пучка, вплоть до полностью неиндуктивного режима, когда центральный соленоид не задействуется. Такие режимы были продемонстрированы на токамаках и будут внедрены на ИТЭР. Смесь индуктивного и неиндуктивного режима ожидаемо называется гибридным.
На первой стадии ИТЭРу будут доступны гибридные режимы с мощностью до 400 мегаватт при длительности 1000 секунд. После апгрейда 3 инжектором нейтрального пучка и нижегибридным радиочастотным нагревом — полностью неиндуктивные, до часовых “импульсов” горения на мощности 400 мегаватт — и тут ограничениями уже выступают буферные емкости криосистемы и системы охлаждения.
Q: ИТЭР не будет иметь турбогенератора для выработки электроэнергии? Но неужели нет других способов получать электричество из энергии термоядерного горения?
A: Как я уже отметил выше — турбогенератора у ИТЭР нет в основном по причинам не желания привносить еще и проблемы энергогенерации в инженерно-физическую установку.
Другие варианты, кроме классической паротурбинной схемы есть. Однако необходимо вспомнить, что 86% энергии термоядерной реакции дейтерий-тритий уносится нейтронами, и извлечь из них энергию можно только затормозив их в куске материала, который от этого нагреется. Получается, что для дейтерий-трития единственными вариантами с высоким кпд остаются тепловые машины — будь то паротурбинная установка или газотурбинная или парогазовая.
Для других видов термоядерных реакций распределение каналов ухода энергии из плазмы другое. Если посмотреть на 3 основные альтернативы дейтерий-тритию (DT): DD, DHe3, pB11 — то здесь основным каналом потери становится электромагнитное излучение — от СВЧ радиоволн до жесткого рентгена в случае pB11. Теоретически здесь как минимум часть энергии можно получать с помощью каких-то аналогов солнечных батарей (фотовольтаики), но на сегодня эта тема плохо изучена. Еще одним механизмом может быть отбор части горячей плазмы и прямое преобразование ее энергии в электричество.
Устройства, способные это делать существуют и испытывались на плазменных устройствах (открытой ловушке Gamma-10). Однако инженерные перспективы подобного подхода и совместимость с необходимостью управления плазмой пока неясны.
Q: А что с топливообеспечением? Тритий — искусственный элемент с периодом полураспада 12 лет, где ИТЭР возьмет его?
A: Сегодня в мире основными наработчиками трития выступают тяжеловодные реакторы CANDU, из которых извлекают порядка 2 кг трития в год. ИТЭР потребует 3 кг для зарядки всех своих тритиевых подсистем, и примерно 1 кг за каждый год работы. Т.е. пока тритий потребляет только ИТЭР и работают CANDU — проблем нет. Однако если термоядерные реакторы на принципе DT токакмаков продолжат развиваться, то им понадобится самообеспечение по тритию, для чего на ИТЭР будет отрабатываться технологии размножающего бланкета, в котором потоком нейтронов из плазмы изотоп Li6 будет делиться с получением трития.
Q: А когда ИТЭР наконец построят и запустят? И сколько он стоит?
А: Проект международного термоядерного реактора очень долго не мог выбраться из обсуждений, доработок и переделок, и только в последние пару лет строительство и производство компонентов набрало темп.
Сегодня начало сборки реактора в шахте намечено на 3 квартал 2019 года, а окончание и первый запуск — на декабрь 2025. Однако первый запуск будет на “голой” машине, лишенной основной части систем диагностики (изучения) и нагрева плазмы и возможности работать с тритием. После первой плазмы ИТЭР предстоит апгрейдится урывками еще 8-10 лет, в зависимости от финансирования, чтобы добраться до штатного комплекта оборудования и зажечь наконец термоядерную реакцию мощностью 500 мегаватт.
Стоимость ИТЭР в свою очередь — очень сложная материя. По идее просуммировать расходы участников, но не все они достоверно известно, кроме того финансирование ведется по сложной схеме — основная денег тратится на разработку и производство оборудования, которая каждая из стран обязалась поставить в проект в натурном виде, а часть передается деньгами в общий «котел» для работ международного агенства ИТЭР, которое занимается проектированием части машины, координацией, сборкой и т.п. Общие расходы сейчас оцениваются в 22 миллиарда евро, что автоматически ставит ИТЭР на первое место по стоимости среди научных установок.
Q: Вроде как у термоядерных реакторов есть проблемы со стойкостью материалов. Есть ли оценки сколько часов/лет работы реактора на полной мощности выдержат без особого структурного повреждения стенки реактора (тора токамака) из специальной стали?
A: Термоядерная плазма опасна для находящихся вблизи конструкций (внутренних стенок камеры и дивертора итд.) по причине ЭМ излучения и потока нейтронов. Электромагнитное излучение поглощается интенсивно охлаждаемыми металлическими поверхностями, и грозит перегревом (короблением, плавлением и т.п.) только в случае отказа охлаждения.
С нейтронным потоком сложнее: мгновенный поток очень жесткий из-за высокой энергии нейтронов (в 14 раз выше, чем в быстром реакторе), и довольно высокий флюэнс (плотность потока нейтронов), всего в 10 раз ниже, чем пиковый в ядерном реакторе.
Но при этом интегральная величина за время работы не так велика — ИТЭР же импульсный и экспериментальный, а это важно для оценки степени повреждений материала.
В итоге, живучесть первой стенки (а это основная деталь, подверженная электромагнитными и нейтронным нагрузкам) — 5 лет, причем определяется не структурными повреждениями как таковыми, а в основном плазменной эрозией и деградацией медного теплоотводящего основания (тут уже как раз из-за нейтронов). Для сравнения — нагрузка на первую стенку до съема будет 0,3 с.н.а (смещений на атом — единица повреждающей дозы), а нагрузка, скажем, выгородки ВВЭР-1000 до съема — 30 с.н.а., нагрузка оболочек твэлов в быстром реакторе — 60 с.н.а. и в перспективных материалах — 100+ с.н.а.
Однако при достижении коммерчески интересных параметров термоядерного реактора повреждения внутренних конструкций излучениями плазмы становятся определяющими. Для поиска новых материалов в Японии сооружается новая лаборатория IFMIF.
Q: Поясните про пятилетний ресурс первой стенки. Что потом? Или 40 лет строим 5 лет эксплуатируем?
A: Первая стенка и дивертор (который будет иметь срок службы 10-15 лет) сменные.
Замена будет проводиться роботизированной системой обслуживания.
Q: Говорят, что ИТЭР дает чистую энергию, т.е. без радиации, как у ядерных реакторов. Но если есть нейтроны, то по идее это не так?
A: ИТЭР будет ядерно-опасным объектом, но заметно менее опасным, чем ядерные реакторы. У меня есть специальная статья, сравнивающая эти два типа.
ИТЭР в 2020 году, часть первая / Хабр
Прошедший год, безусловно, сильно выделяется силе слома привычного течения вещей и по количеству внезапно возникших проблем. Особенно сильно эти проблемы могли бы проявиться для большого индустриального проекта, раскинутого на 35 стран и зависящего от государственного финансирования. Тем не менее, можно сказать, что ИТЭР прошел пандемические ограничения и трудности с честью.
Строительство, монтаж, производство, координация и связь участников из разных стран — все это быстро перестраивалось по мере изменения обстановки, и в итоге прогресс проекта в 2020 году вышел весьма впечатляющим.
Везло проекту и с финансированием, так, главные отстающие — США, в 2020 финансовом нарастили вливания в проект даже выше своих прямых обязательств, покрывая накопленные за предыдущие годы долги. Все это привело к впечатляющему техническому прогрессу, в который мы и окунемся.
Строительство
Рубрика “строительство” раньше занимала не менее половины всего годового текста, однако теперь ее время явно уходит, вслед за завершением строительной части проекта. На конец 2020 года было сдано 16 из 18 зданий “пускового минимума 2025 года” и началось строительство 17 — здания управления, где будет находится “ЦУП” ИТЭР и ИТ инфраструктура. Тем не менее, надо отметить главное событие, произошедшее в 2020 году — завершение “здания токамака”.
8 января 2020 года — строители заканчивают металлоконструкции надстройки здания токамака и приступают к облицовке. Отставание от графика 2015 в итоге составило ~6 месяцев.
Это здание — центр всего комплекса, самый тяжелый и сложный построенный объект.
120х90 метров в плане, 7 этажей в вертикали, ~300 тысяч тонн весом, ~250 млн евро стоимостью, сооружение которого заняло около 7 лет.
Декабрь 2013 — начало заливки пола нижнего подвального этажа комплекса зданий токамака.
Финальная металлоконструкция, накрывающая реакторный зал и предоставляющая путь для грандиозных мостовых кранов была собрана всего за полгода, и в феврале 2020 года началась разборка временной стенки между залом предварительной сборки и зданием токамака. 30 марта, за сутки до дедлайна спарка мостовых кранов грузоподьемностью 1500 тонн вошла в здание токамака, официально соединив его с соседом.
Краны с ~1000 тонн тестовой нагрузки первый раз въезжают из здания предварительной сборки в реакторный зал.
Надо отметить, что к зданию токамака плотно пристроены 2 крыла — диагностическое здание с юго-запада и здание фабрики трития с северо-востока. Первое было достроено еще в 2018 и с тех пор обживается, а вот здание трития замерло на уровне пола этажа L2 примерно тогда же, в 2018.
Причины этого не озвучиваются, но подозреваю, что виноват очередной редизайн систем. Впрочем, тритий в проекте ИТЭР понадобится не раньше 2030, так что время для достройки еще есть.
Сборка и монтаж
В 2020 году на площадке в Кадараше заметно увеличились работы по сборке и монтажу элементов систем ИТЭР, от банальной электрики до весьма специфических частей будущего реактора — например криоэкранов. Но обо всем по порядку.
Рендер здания токамака со всем (или большей частью) насыщения. Видны бежевые линии кабельных лотков, желтые — шинопроводов и коммутации, голубые — охлаждающей воды, синие — криогеники, бледно-зеленые — вентиляции, темно-зеленые — научного оборудования, красные — систем нагрева и т.п.
Все специализированные системы ИТЭР, типа конвертеров магнитной энергии, микроволнового электрон-циклотронного нагрева или диагностических сборок зависят от более базовых сервисных систем, коих можно выделить четыре штуки: электропитание, отведение тепла, снабжение криожидкостями и вакуумом.
Довольно очевидно, без ввода этих подсистем невозможна пусконаладка всего остального. Самым базовым, очевидно, является электропитание, без которого не заработают ни отвод тепла, ни криокомбинат, ни вакуумные насосы. Еще в 2019 году в строй было введено распределительное устройства 22 киловольт, отвечающее за ~110 мегаватт потребителей в основном сервисных нагрузок.
Самую большую часть площадки занимает «электрочасть» ИТЭР. Ближе всего к нам открытое распределительное устройство (ОРУ) 400 киловольт, за ней — 7 вводных цепей ИТЭР — справа 4 постоянных нагрузок, слева 3 — импульсных. ВРУ 22 киловольта находится справа за трансформаторами, слева за трансами ОРУ 66 киловольт и за ним — здания магнитных конвертеров. Вдали слева — система компенсации реактивной мощности.
Load Center 14, сданный в 2020 году отвечает за питание низковольтных потребителей систем радиочастотного нагрева.
В 2020 году создание этой подсистемы продолжилось строительством и монтажом load center’ов — локальных вводных распределительных устройств, расположенных возле основных потребителей (криокомбината, системы сброса тепла, здания радиочастотного нагрева и предварительной сборки).
Выполнялась так же и затяжка кабелей потребителей.
Мрачноватое фото из подземного канала в котором видны множество уложенных кабелей 66 киловольт, идущих к потребителям. Вообще в ИТЭР порядка 3 км таких подземных галерей.
Второй частью системы электропитания является “система питания переменных нагрузок” PPEN к коим в основном относятся системы нагрева и управления током в магнитах. В момент плазменного выстрела эта часть будет забирать из национальной сети до 500 мегаватт мощности, при этом внутри магнитной системы будет циркулировать до 2 гигаватт мгновенной мощности. Здесь в 2020 году монтировалось крупное открытое распределительное устройство 66 киловольт, затягивались кабели к основным потребителям (магнитным конвертерам и зданию радиочастотного нагрева) а также монтировалось оборудование станции контроля реактивной мощности, фактически — набора коммутируемых конденсаторов и индуктивностей, которые будут обмениваться энергией с гигантскими катушками сверхпроводящих магнитов ИТЭР, снижая нагрузку на национальную электросеть Франции.
Здания магнитных конверторов в процессе монтажа оборудования.
Аллея измерительных трансформаторов тока и конденсаторных сборок активных фильтров системы компенсации реактивной мощности.
Готовность подсистемы питания позволило в течении 2020 года сильно продвинуться в монтаже крупнейшего потребителя электроэнергии — системы сброса тепла.
В момент мощнейших термоядерных экспериментов эта система будет принимать до 1150 мегаватт как термоядерного тепла, так и тепла механизмов и систем. Тепло будет сбрасываться темпом 500-600 мегаватт через 10 вентиляторных градирен, а разница — буферизоваться в горячем и холодном бассейне. На всей площадке ИТЭР уже протянуты трубы трех петель теплоносителя, обеспечивающих примерно ~10 точек теплообмена холодной водой.
Как год назад весьма радовали фотографии первых единиц смонтированного оборудования, то в конце года радуют глаза с функциональных тестов этого оборудования. На фото — бассейн холодной воды под градирнями.
В ноябре успешно были проверены бассейны воды на утечки и в декабре началась пусконаладка довольно сложного комплекса из 27 насосов, 20 теплообменников, системы подготовки воды, сотен датчиков, десятков приводов арматуры общим потреблением до 67 мегаватт. Ожидается, что в 1 полугодии 2021 эта система будет готова обслуживать некоторых потребителей, в частности криокомбинат — другую важную сервисную систему ИТЭР.
Криокомбинат ИТЭР будет самой большой сосредоточенной криоустановкой в мире (криосистема БАК еще больше, однако она разнесена на несколько блоков). Он состоит из парка газгольдеров и баков криожидкостей, генератора азота, 2 азотных компрессоров, 2 колонн ожижения азота, 18 компрессоров гелия, организованных в 3 линии, систем очистки гелия от масла и воды и как вершины всего этого — трех вакуумных боксов для ожижения гелия.
2 из 4 «холодных ящиков» криокомбината — вакуумных сосудов с размещенным внутри оборудованием для ожижения гелия — теплообменниками, циркуляторами, испарителями, турбодетандерами и т.
п.
Из одного перечисления основных блоков становится понятно, что количество соединительных трубопроводов будет зашкаливать, а пусконаладка будет не быстрой. В частности, в 2020 году монтажники установили в криокомбинате ~800 секций только криогенных трубопроводов (для “теплых” трубопроводов точной информации нет, но думаю их никак не меньше). Так же в 2020 шла затяжка силовых и управляющих кабелей, установка силовой электроники. Во второй половине 2021 года можно ожидать начало пусконаладки криокомбината — как раз в тот момент, когда система сброса тепла сможет принимать тепло работающих компрессоров (до 30 мегаватт в пике).
Интересная деталь — на переднем плане 5 электрических нагревателей общей мощностью 800 киловатт, которые нужны для того, что бы побыстрее отогреть сверхпроводящие магниты до комнатной температуры, когда установка будет останавливаться на обслуживание.
Есть правда одно но — между криокомбинатом и зданием токамака должна быть проложена эстакада, где пройдут трубопроводы с криотеплоносителями.
Но, ее строительство еще даже не начиналось, да и потребителей в здании токамака пока нет. Так что раньше ~2023 года никакой пользы от криокомбината мы не увидим.
Несмотря на видимость запредельной сложности — весь криокомбинат собран из уже индустриально готовых систем, т.е. здесь просто МНОГО всего, но хотя бы не на грани фантастики.
Одним из ключевых потребителей криотемператур будет вакуумная система ИТЭР. Это четвертый “сервисный” кит, на котором лежит функционирование токамака. Например, с вакуумирования начнется комплексная приемка и сверхпроводящих магнитов и всего реакторного оборудования. К сожалению, на конец 2020 года это была наиболее отстающая в плане монтажа система. Осенью 2020 только начались примерочные установки трубопроводов вакуума, в основном же все ее элементы находятся на разных этапах производства. В частности, активно производятся трубопроводы, задвижки, клапана, заказаны распределительные коробки и шкафы, часть стандартных вакуумных насосов.
Идет производство и нестандартных насосов — крисорбционных насосов “первой линии”, криоконденсационных насосов, которые будут разделять изотопы водорода и гелий. Идет разработка важнейшей системы контроля и поиска неплотностей, контракт на которую в 2020 получили компании IDOM, 40-30 и Gutmar
Набор из газоанализаторов остаточных газов вакуумного объема и установленных снаружи источников гелия/внутри — детекторов гелия должен обнаруживать и локализовывать неплотности вакуума.
Однако, хватит о банальном. Давайте поглядим на более уникальные вещи. В 2020 году начался монтаж шинопроводов системы питания сверхпроводящих магнитов. Это алюминиевые шины сечением от 100х160 до 400х700 мм с активным водяным охлаждением, всего из двух зданий магнитной конверсии до вводов в токамак надо протянуть 24 сдвоенные линии шинопроводов. Надо отметить, что эти шинопроводы, их соединения и опоры, коммутационная аппаратура — производятся в России, в рамках вклада в проект. Отрадно видеть “живое” железо, да еще и такое наглядное 🙂
Последние три фотографии — линии шинопроводов в подвальном этаже здания диагностики (пристройка к зданию токамака), где будет находится часть коммутационного оборудования.
В 2020 году был практически закончен монтаж шинопроводов в здании конверторов и на нижнем этаже здания токамака. Впереди — монтаж вертикальных секций в шахтах здания токамака, на верхнем этаже и на двух мостах, которые соединят все воедино.
А вот так начинаются линии шинопроводов в здании магнитной конверсии — от преобразователей (видны только развязывающие индукторы и активная перемычка) и через мост в здание диагностики.
Кроме того, в здании токамака в 2020 году шел монтаж секций криолиний, вентиляции и кондиционирования, труб водяного охлаждения, кабельных лотков и сотен опор под это все. В общем, монтаж систем в здании токамака официально стартовал.
Без вентиляции и кондиционирования не получится запустить как минимум шкафы электроники управления, так что установка этой системы заранее радует.
Еще одной маленькой, но важной вехой стала передача ИТЭР полностью функционирующего вспомогательного цеха (здания B61). Здесь располагаются системы подготовки деминерализованной воды, сжатого воздуха и азота, чиллеры выдающие воду с температурой 10 градусов и т.
п. Это здание было первым готовым на площадке (еще в 2016 году), было и первым, в котором смонтировали все системы (в начале 2019), и теперь вот оно полностью передано в эксплуатацию.
B61 в верхнем левом углу кадра. А справа по центру можно увидеть недоведенную на 4 этажа пристройку «здание трития».
Ну и наконец — к главному “монтажному событию 2020 года”. Конечно, речь идет про начало сборки самого реактора в его шахте. Посмотрите этот ролик, где показаны основные стадии сборки токамака ИТЭР:
25-26 мая, после ~месяца подготовки, самая тяжелая часть реактора — основание криостата (1250 тонн!) была перенесена в шахту и опущена в предпроектное положение, на домкраты.
В середине апреля основание криостата было затащено внутрь здания предварительной сборки.
Дальше была измерена реальная геометрия зазора до бетонного основания и изготовлена ~100 прокладок для выравнивания основания с точностью до 2 мм от горизонта.
И, наконец, в июне месяце первая деталь официальной реакторной части была установлена на место — опоры, которые будут воспринимать вертикальные, горизонтальные и касательные к окружности нагрузки, которыми щедро будет делиться электромагнитная часть реактора.
Интересно, что монтажом тяжеленной по всем мировым канонам детали управляли инженеры из китайского “росатома” компании CNNC, в кооперации с европейцами получившие контракт на монтаж реакторной части ИТЭР.
31 августа прошла операция переноса и установки нижнего цилиндра криостата, а в октябре 2 “детали” криостата начали сваривать друг с другом 90 метровым швом сечением 60 мм.
Тем временем в зале предварительной сборки нарастала активность по подготовке следующих элементов токамака. В сентябре для подготовки был установлен первый из 9 секторов вакуумной камеры. До конца 2020 года шла работа по снятию прецизионной геометрии сектора, повторной проверки его на вакуумную плотность, приварки опор сотни датчиков систем технической и научной диагностики, установки самих датчиков и их кабелей.
В начале 2020 года планируется кантование сектора (весом 440 тонн) в вертикальное положение и установка на стенд сборки, где его окружат вакуумными криоэкранами а затем соединят с двумя тороидальными катушками.
Ах да! Криоэкраны. Если бы их не было в проекте ИТЭР, стоило бы придумать что-то такое. Огромные посеребренные конструкции с загадочными рисунками на них — что может быть лучшей иллюстрацией грандиозного научно-фантастического проекта?
Нижняя цилиндрическая секция внешнего криоэкрана. Справа видны коллекторы, с которых раздается и собирается гелий при температуре 80К.
Элемент криоэкрана, отделяющего горячую вакуумную камеру от холодного магнита
В 2020 году была подготовлена 2 из четырех секций криоэкрана вакуумной камеры (и установлена на стенд сборки) и практически закончен нижняя циллиндрическая сборка, которая встанет внутрь основания криостата и будет экранировать сверхпроводящие магниты от тепла внешнего мира.
В начале 2021 должна произойти установка этой цилиндрической секции внутрь криостата, для чего в нем уже установлена оснастка.
Замотанная секция криоэкрана на стенде сборки, с помощью которого она будет надета на сектор вакуумной камеры. Кроме этой части будет еще внутренняя секция экрана и две таких же слева.
В конце 2020 года также началась установка криофидеров магнитной системы — многометровых изделий, через которые происходит ввод тока, теплоносителей, измерительных и управляющих сигналов в вакуумно-криогенную среду.
Система криофидеров ИТЭР на рендере
И элемент фидера в реальности.
Наконец, хочу добавить маленькую ложку дегтя в этот бассейн меда. Уже невооруженным документацией глазом видно отставание от намеченных планов. Так, изначально к концу 2020 года планировалось установить 18 опор тороидальных магнитов (как и все в ИТЭР — сложных устройств с активным охлаждением и хитрой характеристикой жесткости) китайского производства.
Тороидальная опора на возле шахты реактора во время проверки на герметичность.
Еще в 2019 году китайцы изготовили 6 первых опор и обещали к началу 2020 прислать 12 оставшихся. Однако, сейчас этот срок сдвинулся на февраль 2021 и уже напрямую влияет на график монтажа.
Так же отстает катушка PF5, которую производили на площадке ИТЭР в специальном заводе аж с 2017 года. В декабре 2020 ее только установили тестовый криогенный стенд, а значит раньше мая 2021 в проектном положении мы ее не увидим, при изначальном сроке в февраль.
Установка PF5 в криостат, начало декабря 2020. Интересня для меня деталь — целый шкаф разнообразных электрических подключений к PF5, использующийся для теста.
Так что пока монтаж идет лучше пессимистичных ожиданий, но хуже оптимистичных, и дата первой плазмы в декабре 2025 пока остается труднодостижимой.
Продолжение про производство компонентов и R&D во второй части.
Что сделает ИТЭР?
Количество термоядерной энергии, которую токамак способен производить, прямо коррелирует с количеством термоядерных реакций, происходящих в его ядре.
Ученым известно, что чем больше сосуд, тем больше объем плазмы… и, следовательно, тем больше потенциал термоядерной энергии.
Имея в десять раз больший объем плазмы, чем самая большая машина, работающая сегодня, токамак ИТЭР станет уникальным экспериментальным инструментом, способным к более длинной плазме и лучшему удержанию. Машина была разработана специально для:
1) Получить дейтериево-тритиевую плазму, в которой условия синтеза поддерживаются в основном за счет внутреннего термоядерного нагрева
Сегодня исследования в области термоядерного синтеза находятся на пороге изучения горящей плазмы . В горящей плазме тепло от реакции синтеза удерживается внутри плазмы достаточно эффективно, чтобы эффект самонагрева преобладал над любой другой формой нагрева. Будучи первым в мире устройством с горящей плазмой, ИТЭР предоставит ученым уникальную возможность открыть для себя новую территорию в области управляемого ядерного синтеза.
2) Генерировать 500 МВт термоядерной мощности в своей плазме для длинных импульсов
Мировой рекорд по термоядерной мощности установлен европейским токамаком JET. В 1997 году JET произвела 16 МВт термоядерной энергии из общей входной тепловой мощности 24 МВт (Q = 0,67). ИТЭР рассчитан на получение в своей плазме десятикратной отдачи от мощности (Q = 10) или 500 МВт термоядерной мощности из 50 МВт входной мощности нагрева. ИТЭР не будет преобразовывать производимую им тепловую энергию в электричество, но — как первый из всех термоядерных экспериментов в истории, дающий чистый прирост энергии в плазме (преодолевающий порог Q ≥ 1), — он подготовит путь для машин, которые может.
3) Внести вклад в демонстрацию комплексной работы технологий для термоядерной электростанции
ИТЭР заполнит пробел между сегодняшними маломасштабными экспериментальными термоядерными установками и демонстрационными термоядерными электростанциями будущего.
Ученые смогут изучать плазму в условиях, аналогичных тем, которые ожидаются на будущей электростанции, и тестировать такие технологии, как нагрев, управление, диагностика, криогеника и дистанционное обслуживание.
4) Испытание воспроизводства трития
Одной из задач на более поздних этапах эксплуатации ИТЭР является демонстрация возможности производства трития из лития в вакуумной камере. Мировые запасы трития (используемого вместе с дейтерием для подпитки реакции синтеза) недостаточны для удовлетворения потребностей будущих электростанций. ИТЭР предоставит уникальную возможность испытать макеты бланкетов для воспроизводства трития внутри корпуса в реальных условиях термоядерного синтеза.
5) Демонстрация характеристик безопасности термоядерного устройства
В 2012 году, когда Организация ИТЭР получила лицензию оператора ядерной установки во Франции, термоядерная установка ИТЭР стала первой в мире, успешно прошедшей тщательную проверку безопасности.
Одной из основных целей эксплуатации ИТЭР является демонстрация контроля над плазменными и термоядерными реакциями с незначительными последствиями для окружающей среды.
ИТЭР рассчитан на десятикратную отдачу от вложенной энергии: 500 МВт термоядерной мощности из 50 МВт входной тепловой мощности (Q=10). Это будет первый из всех термоядерных экспериментов в истории, производящий чистую энергию.
Строительство научной установки ИТЭР в Сен-Поль-ле-Дюранс, Франция, ведется с 2010 года. Параллельно члены ИТЭР закупают компоненты и системы установки и установки ИТЭР. Оборудование поступает на площадку с 2015 года, а в 2020 году Организация ИТЭР официально приступила к сборке машин.
За первым этапом сборки ИТЭР, который включает в себя сборку основной машины, а также установку всех систем станции, необходимых для первой плазмы, последует этап ввода в эксплуатацию, чтобы обеспечить совместную работу всех систем. Ввод в эксплуатацию завершится достижением «Первая плазма».
Последует поэтапная эксплуатация, то есть периоды научных экспериментов , чередующиеся с периодами дальнейшей сборки, чтобы довести машину до полной мощности. Ожидается, что этап эксплуатации ИТЭР продлится 20 лет: сначала планируется многолетний период «приспособляемости» работы на чистом водороде, в течение которого машина останется доступной для ремонта и будут проверены наиболее перспективные физические режимы. За этой фазой последует работа в дейтерии с небольшим количеством трития для проверки средств экранирования стен. Наконец, ученые запустят третью фазу с более частой работой с равной смесью дейтерия и трития на полной мощности синтеза.
Подробный план исследований ИТЭР можно загрузить со страницы технических отчетов.
Рекомендуемые товары
Главная | Iter-india
iter-india
Читать дальше
Система охлаждающей воды
Читать дальше
в защите стен
Читать больше
Диагностический нейтральный пучок
.
Подробнее
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ
Высоковольтные установки
Подробнее
Команда ИТЭР
ИТЭР — это уникальное сотрудничество семи сторон — Европейского Союза, Китая, Индии, Южной Кореи, России и США.
Подробнее
- Новости
- События
30-09-2022
Совет ИТЭР назначил д-ра Пьетро Барабаски следующим Генеральным директором Организации ИТЭР.
Совет ИТЭР назначил д-ра Пьетро Барабаски следующим Генеральным директором Организации ИТЭР. После прискорбной кончины бывшего генерального директора д-ра Бернара Биго в мае… Подробнее
02-08-2021
Криолины «Сделано в Индии» для проекта ИТЭР
… Подробнее
23-03-2021
4,8 км криолайнов проходят испытания на герметичность
Одним из первых и наиболее очевидных требований к сети криолайнов является их абсолютная герметичность.
После более чем года работы важный… Подробнее
03-09-2020
Установка нижнего цилиндра криостата
… Подробнее
06-08-2020
Еще одна веха в вкладе Индии в ИТЭР Завершение производства встроенных экранов на M/s Avasarala Bengaluru
… Подробнее
Просмотреть все
30-09-2022
Совет ИТЭР назначил д-ра Пьетро Барабаски следующим Генеральным директором Организации ИТЭР.
Совет ИТЭР назначил д-ра Пьетро Барабаски следующим Генеральным директором Организации ИТЭР. После прискорбной кончины бывшего генерального директора д-ра Бернара Биго в мае 2022 года…
27-06-2022
МЕРОПРИЯТИЕ C2D ДЛЯ ИТЭР CCWS, CHWS И HRS
Мероприятие «Обязательство поставить» (C2D) было организовано Организацией ИТЭР на площадке ИТЭР 16 июня 2022 г.
, чтобы отметить установку и завершение поставки оборудования, связанного с охлаждением компонентов. …
08-02-2022
Вклад Индии в Систему охлаждающей воды ИТЭР вступает в фазу ввода в эксплуатацию
Вклад Индии в Систему охлаждающей воды ИТЭР вступает в фазу ввода в эксплуатацию
Тепло, выделяемое токамаком ИТЭР, а также тепло, выделяемое системами вспомогательного нагрева и вспомогательными системами…
02-08-2021
Криолины «Сделано в Индии» для проекта ИТЭР
Криолины «Сделано в Индии» для проекта ИТЭР
ИТЭР (www.iter.org) — это международный совместный проект по использованию управляемого ядерного синтеза изотопов водорода для производства энергии. Это…
05-04-2021
Визит посла Индии во Франции Его Превосходительства Шри Джаведа Ашрафа в Организацию ИТЭР, Франция
Посла Индии во Франции Е.
П. Шри Джавед Ашраф вместе с советником (атомная энергия) в посольстве Индии во Франции Шри Кальяном Чакраварти Мадала посетили штаб-квартиру ИТЭР, расположенную в…
Посмотреть все
Тендеров
-
Соблюдение RF Power LDMOS
Последняя дата:-
Ответ на предварительные вопросы: Криораспределительной системы ИТЭР (3 АКБ) из Италии во Францию
Последняя дата:-
Логистические услуги по транспортировке и адвалорному страхованию криораспределительной системы ИТЭР (3 АКБ) из Италии во Францию
Последняя дата:-
Исправление 5: Логистические услуги для транспортировки и адвалорного страхования системы криораспределения ИТЭР (3 ACB) из Италии во Францию
Последняя дата:-
Исправление 1 и 2: Пересмотренная дата предтендерной встречи по логистическим услугам для транспортировки и адвалорного страхования системы криораспределения ИТЭР (3 ACB) из Италии во Францию
Последняя дата :-
Просмотреть все
Пауза
Рекомендуемые
Совет ИТЭР назначил д-ра Пьетро Барабаски следующим Генеральным директором Организации ИТЭР.
Добавить комментарий