С официалния старт на 28 юли на сглобяването на най-голямата в света инсталация за синтез ITER в Южна Франция бе поставено началото на нова енергийна ера. Събитието бе обявено от френския президент Еманюел Макрон и лидери от Европейския съюз, Китай, Индия, Япония, Корея, Русия и САЩ.
Ядреният синтез е бъдещ източник, който ще осигурява безвъглеродна, огромна, безопасна и икономична енергия. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), най-големият научен проект в света, се сглобява, за да възпроизведе синтезната сила на Слънцето, която осигурява светлина и топлина и прави възможен живота на Земята.
"След много години подготовка и огромни усилия от страна на всички участници в проекта, ние сме готови да започнем да сглобяваме токамака*. Наскоро получихме много от ключовите компоненти на ITER, благодарение на които ще започнем да сглобяваме реактора, като същевременно ще продължим изследователската и инженерната работа. Други компоненти на инсталацията ще пристигнат на място през следващите две години", заяви на церемонията изпълнителният директор на проекта Бернар Биго (Bernard Bigot).
*„токамак“ (от руския израз „ТОроидальная КАмера в МАгнитных Катушках“) и представлява експериментално устройство с тороидална форма, т.е. подобна на геврек, в което се създава и удържа термоядрена плазма.
Всяка участваща страна е отговорна за производството и доставката на системите, за които са поели ангажимент да създадат в рамките на проекта, като допринася за 9% от разходите за изграждане на реактора. Очаква се изграждането на реактора да приключи през 2025 година. Тогава участниците в ITER очакват да получат първата плазма, което ще потвърди функционирането на термоядрените реактори на практика. Според сегашните планове ITER ще генерира около 500 MW топлинна енергия и около 200 MW електроенергия.
Стартирането на етапа на сглобяване на ITER е възможно благодарение на пристигането на компоненти от цял свят през последните месеци. Той демонстрира готовността на 35-те страни партньори на международния изследователски проект ITER да се обединят усилията си.
„Сърдечно поздравявам проекта ITER“, заяви Шинцо Абе, министър-председател на Япония. „Вярвам, че авангардните иновации ще играят ключова роля в решаването на глобални проблеми, включително изменението на климата и реализирането на устойчиво без въглеродни емисии общество“
Ядреният синтез осигурява чиста, надеждна енергия без въглеродни емисии. Ядреният синтез е безопасен, с минимални количества гориво и никаква физическа възможност за авария.
Горивото за синтез се намира в морската вода и лития. Тя е в достатъчно изобилие в продължение на милиони години. Количеството с размер на ананас от това гориво е равностойно на 10 000 тона въглища.
Очаква се разходите за изграждане и експлоатация на термоядрена инсталация да бъдат сходни с разходите за обикновена ядрена централа, но без големите разходи за съхранение и обезвреждане на отпадъците.
Когато ITER приключи, се очаква той да демонстрира, че синтезната енергия може да бъде генерирана устойчиво в индустриален мащаб.
Обещаваща технология
Именно заради тези забележителни обещаващи предимства на синтезната енергия се ражда проектът ITER: 35-те страни партньори са ЕС (плюс Обединеното кралство и Швейцария), Китай, Индия, Япония, Корея, Русия и САЩ.
Тези нации, представляващи повече от 50% от световното население и повече от 80 % от световния брутен вътрешен продукт, събират огромния си опит и ресурси за изграждането на първото изследователско устройство в индустриален мащаб.
Франция е страната домакин. Европейският съюз заедно с Обединеното кралство и Швейцария финансира 45% от разходите на ITER. Всеки от останалите членове, Китай, Япония, Русия, Индия и Корея, финансира 9 %.
Около 90 % от вноските на членовете на ITER са направени в натура, което прави още по-сложно сглобяването на машината, наречена токамак (вижте видеото по-горе). Когато приключи монатажът, токамакът ще бъде съставен от повече от 1 милион компоненти.
От 50-те години на миналия век, когато в Съветския съюз за първи път е разработена концепцията за токамака - синтез, затворен магнитно, изследванията на термоядрената енергия са област на широко международно сътрудничество.
През последните месеци като подготовка за сглобяването на машината във Франция започват да пристигат гигантските компоненти - в много случаи те тежат по няколкостотин тона всеки и с размери повече от 15 метра. Частите са кулминацията на повече от 5 години производство във заводи, университети и национални лаборатории по целия свят.
Компонентите на токамака трябва да отговарят на много строги спецификации. Те трябва да пристигнат във Франция навреме, по сложен график.
„Монтажът на машината от частите ще бъде като сглобяване на триизмерен пъзел на сложна времева линия“, разказва д-р Биго.
„Всеки аспект на управлението на проекта, инженеринга на системите, управлението на риска и логистиката на сглобяването на машината трябва да се извършва заедно с точността на швейцарски часовник“, коментира д-р Биго. „Имаме сложен сценарий, който трябва да следваме през следващите няколко години.“
В края на този период, през декември 2025 г., учени и инженери от ITER ще стартират „Първата плазма“, първото събитие, демонстриращо функционалността на машината.
Колко мощност ще осигури токамака на ITER?
ITER ще произвежда около 500 мегавата топлинна мощност. Ако се работи непрекъснато и се свърже към електрическата мрежа, това би довело до около 200 мегавата електрическа енергия, достатъчна за около 200 000 домове.
Индустриалната термоядрена инсталация ще бъде проектирана с малко по-голяма плазмена камера, за 10-15 пъти повече електрическа мощност. 2000-мегаватна термоядрена централа например би доставила електричество за 2 милиона домове.
Би ли предизвикал синтезът разлика в количеството CO2, постъпващ в атмосферата?
Синтезните електрически централи са безвъглеродни - те не отделят CO2. Ползата от синтеза за борба с изменението на климата зависи от това колко бързо ще се инсталират тези термоядрени инсталации.
Повече от 70% от въглеродните емисии идват от добива на енергияи повече от 80% от потреблението на енергия идва от изкопаеми горива.
„Ако енергията от термоядрен синтез стане универсална в допълнение към възобновяемите източници на енергия, използването на електроенергия би могло да се разшири значително, за да се намалят емисиите парникови газове от транспорта, сградите и промишлеността“, прогнозира д-р Биго. „Изключително използване на чиста енергия ще бъде чудо за нашата планета.“
Термоядреният синтез - как работи
- Няколко грама газ деутерий и тритий (изотопи на водорода) се впръскват в огромна камера с форма на геврек, наречена токамак.
- Водородът се нагрява, докато не се превърне в облак йонизирана плазма (вижте видеото по-горе).
- Йонизираната плазма се оформя и контролира от 10 000 тона свръхпроводящи магнити.
- Синтезът настъпва, когато плазмата достигне 150 милиона градуса по Целзий - десет пъти по-горещо от вътрешността на Слънцето.
- При реакцията на синтез, малко количество маса се превръща в огромно количество енергия.
- Ултрависокоенергийните неутрони от синтеза изтичат от магнитната клетка и предават енергията си като топлина.
- Водата, циркулираща в стените на токамака, поглъща топлината и създава пара. В обикновена индустриална парна турбина се генерира електричество.
- Изградени са стотици токамаци, но ITER ще бъде първият, който ще постигне използване на плазмата в мащаб, използваем за търговски цели.
Начало на монтажа
Криосат. Кредит: ITER |
Криостат
Произведен от Индия, криостатът е „термосът“, който заобикаля вакуумния съд на токамака и свръхпроводящи магнити, които ограничават свръхгорещата плазма.
Той е 30 метра висок и с диаметър 30 метра. Това е най-голямата вакуумна камера от неръждаема стомана, построена някога.
Той има четири основни части: основа, долен цилиндър, горен цилиндър и горен капак.
Долният цилиндър е приблизително със същите размери като Стоунхендж.
Основната секция на криостата тежи 1 250 тона. (Вижте видеото по-долу.) Това е най-тежкият компонент на ITER. Това бе първият голям елемент, поставен в котлована на токамака през май. Той бе монтиран в положение с точност под 3 милиметра.
Магнитите на ITER
ITER използва три интегрирани типа магнити, за да държи, контролира, оформя и кара да пулсира плазмата от 150 милиона градуса по Целзий.
За да бъдат свръхпроводими, магнитите се охлаждат вътрешно с течен хелий с температура -269 градуса по Целзий, температурата на междузвездното пространство.
Тороидалните полеви бобини са показани в сиво. Кредит: ITER
 Тороидалните полеви бобини са показани в сиво. Кредит: ITER |
Тороидално полеви бобини (TF)
Произведени от Япония и Европа с компоненти, идващи от Китай, Корея и Русия, повече от 40 компании участват в производството на 18-те тороидално полеви (TF - Toroidal Field) бобини. (Вижте видеото по-горе.)
Функцията на TF бобините е да ограничава йонизираните плазмени частици. Всеки магнит е с височината на четириетажна сграда и тежи 360 тона.
Първите две TF бобини пристигат на площадката на ITER през април от Япония и Италия.
 Полоидалните полеви бобини, показани в оранжево. Кредит: ITER |
Полоидално полеви бобини (PF)
Произведени от Китай, Европа и Русия, тези магнити са пръстеновидни и ще бъдат разположени извън системата TF. PF бобините оформят плазмата и я държат далеч от стените.
Има шест бобини PF, с диаметър от 10 до 24 метра и тегло до 400 тона.
Първата PF бобина от пристига в ITER през май от Китай. Втората, от Европа, е произведена на място.
 Централен соленоиден модул. Кредит: ITER |
Централен соленоид (CS)
Произведено от САЩ, това е най-мощният магнит на ITER. Понякога го наричат „биещото сърце“ на ITER, защото ще предизвика мощен ток в плазмата на дълги импулси.
Централният соленоид се изработва в шест модула. Когато се комбинира, той ще бъде висок 13 метра или 18 метра с носещата конструкция и ще тежи хиляда тона.
Той ще има магнитната сила да повдигне самолетоносач.
Независимо другите работещи пакети бобини CS ще създадат мощни електромагнитни сили, които ще действат в различни посоки. Носещите конструкции ще трябва да издържат сили, равни на два пъти по-голяма тяга от излитането на космическата совалка.
Първият CS модул ще пристигне в ITER през есента на 2020.
 Вакуумният съд на ITER. Кредит: ITER |
Вакуумна камера
Произведен от Корея (четири сектора) и Европа (пет) сектора, с изпъкналите портови накрайници, доставени от Русия, вакуумният съд е херметически затворена камера от неръждаема стомана с форма на поничка. Вътре плазмените частици се движат непрекъснато спирално, без да докосват стените.
Четиридесет и четирите отвора във вакуумния съд осигуряват достъп за операции с дистанционно управление и диагностика на вакуумните системи.
Покривните модули, облицоващи вътрешните повърхности на камерата, ще осигурят защита от високоенергийните неутрони, получени от реакциите на синтез.
Обемът на плазмата, съдържаща се в центъра на вакуумния съд ITER (840 m³), е десет пъти по-голям от всеки предишен токамак.
Първият сектор на вакуумната камера пристига във Франция на 21 юли, което дава възможност за стартиране на сглобяването на машината.
Сградите и строителните работи на работната площадка ITER, построена от Европа, са завършени на около 75%. Ето три примера.
Завършена е сградата и монтажното помещение на токамака, изградени с помощта на 170-метров релсов кран, поддържащ два 750-тонни крана, които ще транспортират и позиционират компонентите.
Криогенното съоръжение, най-голямата централизирана криоинсталация в света, е завършенна на 60%. Тя осигурява течния хелий за изключително ниските температури за свръхпроводящите магнити. Оборудването идва от Китай, Индия, Швеция, Чехия, Финландия, Италия, Япония и Франция. Криопроводите са предимно от Индия.
Съоръженията, които доставят енергия с точното напрежение и ампераж към магнитите на ITER, използват специално проектирано оборудване от Китай, Индия, Корея и Русия.
Изграждането на научната инсталация ITER започна през 2010 г. Кредит: ITER
Сглобяването на ITER, интегрирането на компонентите, доставени от цял свят, е отговорност на централната организация ITER. Това включва мотажът на самия токамак, както и паралелното инсталиране на поддържащи системи като радиочестотно отопление, горивен цикъл, криогенни системи, системи на охлаждащата вода, вакуумни, контролни системи и системи на високо електронапрежение.
Основните монтажни работи ще се проведат в сградата на токамака, където устройството на ITER ще бъде инсталирано в бетонен биощитен кожух. За етапа на сглобяване тази сграда ще работи като чиста зона и ще се поддържа постоянна температура, за да се избегне и най-малката деформация на големите компоненти.
Повече от 150 специализирани инструмента, някои с тегло до 800 тона, ще бъдат използвани за монтаж, поддръжка и позициониране на компонентите на токамака.
Токамакът ще бъде предварително сглобен в девет подкомплекта в съседната зала за монтаж. Всяка 40-градусова секцияще включва сектор от вакуумната камера, защитен термичен щит и две тороидални полеви бобини.
Размерът и теглото на основните компоненти на токамака, малките отклонения, разнообразието от производители и строгият график правят ITER огромно инженерно и логистично предизвикателство.
Монтажът на ITER ще продължи 4,5 години.
Източник:
Fusion Energy Era: ITER Assembly Begins – World’s Largest Science Project to Replicate the Fusion Power of the Sun, SciTechDaily
Още по темата
Физика
„Изкуственото слънце“ в Китай вече е достатъчно горещо за ядрен синтез
Физика
Синтезен миниреактор достигна температури, по-горещи от Слънцето
Физика
Европа спира 500 милиона евро за реактора на термоядрена енергия ITER
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари