Възкръсна проектът за най-мощния реактор в света

2015 г. е повратна точка за проекта на международния термоядрен реактор ITER, един потенциален източник на безопасна и на практика неограничена енергия - енергията на слънцето и звездите.

След изглеждащото безнадеждно забатачване на проекта от Осаму Мотоджима, с назначаването на новия ръководител на ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) Бернар Биго (Bernard Bigot) през 2015 г. нещата коренно се промениха. Той успя да обърне тенденцията на изоставане от графика и усещането, че проектът ще пропадне, преди да стигне до старта си.

Технологията за термоядрен синтез, която се използва в проекта ITER е „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. Главната цел на провежданите експерименти е да се постигне управляем термоядрен синтез, който е един от най-перспективните варианти за бъдещ енергиен източник.

През изминалата година благодарение на усилията на новия директор чертежите на сградите на комплекса са завършени и предадени на строителите, което помогна в пъти да се увеличи темпото на работа по обекта.

Първите елементи на гигантската машина достигнаха площадката в Кадараш, Южна Франция. А третият важен компонент на проекта - разработката на свръхвисокотехнологичните елементи на машината към момента разсейват все повече риска, че може да попадне в задънена технологична улица.

Строителството

^{Площадката на ITER през февруари 2015. В изкопа за фундамент на сградата на комплекса се вижда първата слаба активност по изливане на стените на етажа B2.}

През 2015 г. многократно нараснаха както обемът на строителството, така и завършените елементи. На площадката са започнати едновременно 7 сгради, а две са завършени до покрив. Отворете големия план на комплекса, ако желаете да бъде по-ясно. И така през 2015 година строителите успяха:

• Практически да завършат долния подземен етаж (наречен B2) на комплекса на сградата на токамака (бл. 14, 11, 74) и да преминат към изливане на преградите на следващия - B1. Излята е и крайно сложната конструкция за биозащита на долния подземния етаж.

План на етаж B2 с оборудването. В сиво са строителните елементи, които през 2015 г. практически са докарани до край.
Между другото, като цяло, този етаж е най-трудният от всички 6 основни етажи на сградата на токамака. Още през 2016 г. сградата на токамака ще започне да се издига над земята, бавно пропълзявайки от изкопната яма със 17 метра дълбочина, а след това темпът на строителство предвижда строеж на два етажа годишно.

Етаж B2 в началото на декември 2015. На заден план вече се вижда кофража на стените на етаж B1.

• Започнатото през 2014 г. изграждане на стоманените конструкции на залата за предварително сглобяване (бл. 13) успешно завърши с покрива и началото на строежа на външната обшивка. Изграждането на този високотехнологичен хангар, където ще става сглобяването на най-големите звена на реактора преди инсталацията им в шахтата, ще позволи да започне строителството на две съседни сгради. Пусковият срок на сградата с оборудването е планиран за април 2017.

В тази сграда ще бъдат монтирани мостови кранове с обща товароподемност 1500 тона - поредният рекорд на ITER.

•  Първото от съоръженията е съоръжението за очистване, бл. №17. Тук ще се осъществява измиването на елементите на токамака, които след това ще отидат в чистата зона за предварително сглобяване.

Проектна схема на съоръжението за очистване. Зад тази сграда е долепена залата за предварителен монтаж, а между тях има шлюз.

• Второто е зданието за радиочестотно нагряване №15, започнато в края на 2015. Строителството е планирано за завършване през март 2017, това ще бъде втората въведена външна система на токамака. 

Земните работи на мястото на бъдещата сграда №15, изглед от залата за предварителен монтаж. 

• Конвертори на магнитната енергия, блокове 32 и 33. Тези сгради трябва да се построят на границата 16/17 година. Тук ще бъдат разположени най-мощните синхронни изправители, от които ще се захранва магнитната система на ITER.

Например, това е китайският прототип изправител, който ще бъде поставен в сградата на магнитните конвертори.

• Миналата година започна енергично и строителството и на криокомбината - най-мощният в света (бл. 51,52). Предвижда се да е готов за монтаж на оборудването за втората половина на 2017. 

Засега криокомбинатът изглежда така. 

• Към края на 2015 бе започнато изграждането на центъра за управление на токамака (бл. 71). Ще представлява офис сграда с голяма зала за 70 работни места за операторите и 70 сървъра на системата за управление CODAC.
• Освен това е необходимо да се отбележи напредъка в изграждането на сградата 61 през 2015. В нея ще е разположена инсталацията за пречистване на отпадъчните газове, компресори, газови резервоари и т.н.. Тя ще бъде първата готова (още през 2016 г.) сграда, която има пряка функция в комплекса.

Изготвяне на компонентите

Ще ви представим 10 от най-забележителните постижения в производството на компонентите на ITER, направени през 2015 г.

1. На първо място трябва да се отбележи изготвянето доставката в Кадараш на детайлите на дъното на криостата на ITER. Това вече не са прототипи и модели, а реално действащи детайли - най-тежката част на реактора.
2. Вторият важен момент е масовото производство на свръхпроводящите магнити на ITER.
   
   
   Подготовка на двойния пръстен на тороидалната бобина.
   
   За момента са произведени повече от 40% от основните елементи на тороидалните бобини и върви подготовката за монтаж на първата пълноразмерна от 310 тона.
   
   
   
   Навремето се смяташе, че производството на свръхпроводящи магнити с такъв размер и сложност ще бъде най-рискования и скъп елемент на проекта ITER, но към края на 2015 г. може уверено да се каже, че вече има технология за производство на свръхмощни свръхпроводящи магнити.
   
   
   Технологична система за топлоизолацията на магнитите, тук е показан китайския прототип.
3. Завърши производството на свръхпроводниците за магнитите за проекта и в четирите страни, участващи в проекта ITER (Русия, Европа, Китай, Корея). За ITER бе необходимо безпрецедентно количество свръхпроводник Nb₃Sn - 500 тона, което съответства на 37-годишния обем на производството в епохата преди ITER.
   
   
   Интересен разрез на макет коригиращата бобина на ITER.
   
   
   В този кадър се вижда разтоварването на последните сверхпроводници за тороидалната бобина от изпитателния стенд.
4. Прогрес има и в създаването на различни робототехнически системи на проекта, но роботи ще се използват на строежа на ITER не по-рано от 2020 г.
   
   
   Тестване в английския център CCFE на дистанционно управляемото приспособление за рязане и заваряване на тръби.
   
   
   Манипулатор за монтаж на диверторните касети.
5. Първите компоненти на системите на ITER на площадката стана през 2015 година. До площадка, освен трансформаторите SSEN са докарани огромните дренажни резервоари за водната система за охлаждане (те ще бъдат на етажи B2-B1 и затова трябва да са монтирани преди да се започне строителството на горните етажи).
   
   
   100 кубиковите резервоари за съхранение на водата с тритий.
   
   
   Разтоварване на първата серия "проводи" за 68 килоамперни токове.
6. Има прогрес в създаването на криокомпонентите на ITER. Главен доставчик е френската Air Liquid, в края на 2016 ще започнат заводските тестове, а през 2017 - и монтаж на оборудването в строежа.
   
   
   Тестване на топлообменика за криосистемата на ITER.
   
7. Продължава напредъкът в създаването на системата за пневматично изстрелване на гранули в различни елементи на плазмата. Гранулите са направени от специална машина от деутерий-тритиев лед при температура от 15K и се изстрелват с хелиево пневмооръдие по един от каналите със скорост от 700 м/сек и честота до 10 броя в секунда. Тази скорост позволява да се доставя термоядрено гориво директно в горещия център на плазмения тороид, без загуба на време заради сложността на проникването на газ от периферията към центъра - поради конфаймента (силното взаимодействие) на плазмата, движението на каквото и да е заредено в радиална посока е силно потиснато.
   
   
   Пневмооръдията, ускоряващи капсулите за стрелба в различни точки вътре във вакуумната камера.
8. Напредък на Европа, Япония и Русия в областта на създаването на гиротроните (електровакуумни генератори на микровълново лъчение) - Европа скоро ще създаде прототипа на серийния мегаватов микровълнов генератор, но Япония и Русия вече го произвеждат серийно.
   
   
   Последният европейски прототип на гиротрон, производство на THALES.
9. С осезаемо забавяне се развива производство на ключовия компонент - вакуумната камера на токамака. 9 сектори на камерата се правят в Корея (2 броя) и Европа (7). Вътрешната екранировка от борирана стомана е дадена на Индия, а горните тръби - на Русия.
   
   
   Външен вид и разпределение на елементите на вакуумната камера между партньорите.
   Всички участници в това производство не спазват сроковете, но не много критично.

   
   Заваряване на първия сегмент на вакуумната камера в Южна Корея в завода Huyndai
   
   
   В Корея се правят и топлинните екрани около вакуумната камера, охлаждани с хелий при 80К и теплоизолиращи горещата вакуумна камера от свръхстудените магнити.
   
   

   Все пак първите два сектора трябва да бъдат докарани в залата за предварително сглобяване не по-късно от средата на 2019 г., за да се спази графика за първата плазма през 2025 г.

10. Последно важен момент в производството на компонентите са малките детайли - специални кабели, конектори, сензори, задвижващи механизми, силова електроника и други. Множеството малки компоненти на машината ще работят в изключително тежки условия (радиация, вакуум, силни магнитни полета, температури от 4 до 600 Келвина), те не могат да се купят на пазара, така че тяхното проектиране и производство е важен аспект от усилията за изграждането на комплекса.

Разходомер за хелий, керамичен датчик на магнитното поле за работа в радиационни полета, високоволтов вакуумен конектор за датчици.

Трябва да се спомене и тестовия комплекс PRIMA, където ще има два стенда, като през изминалата година се сглобява първия стенд SPIDER за тестване на източника на отрицателни йони и започва работа по втория стенд MITICA, който ще представлява пълноразмерен 50-мегаватов неутрален лъчев инжектор (NBI ITER). Първите елементи за него пристиогнаха отЯпония в края на годината  - трансформаторът на електрозахранващата система  и 3-метров компактен тестов източник за мегаволтово напрежение за проверка на линията.

Вляво "компактният" тестов източник за тестване на линията, вдясно - един от 5-те трансформатори за  високоволтово напрежение.

2015-та година бе много интересна и важна за проекта и ако директорът Бернар Биго успее да продължи да ускорява проекта и да избегне всички значими проблеми, може би ще дочакаме първия старт на ITER.

Още по темата

20/11/2015

Физика

Отлага се стартът на ITER - реактора за най-мощната досега енергия

24/10/2015

Технологии

Нов реактор в Германия може да предизвика революция в термоядрената енергетика

25/08/2015

Физика

Компанията Tri Alpha Energy постигна успех в термоядрения синтез (видео)

05/06/2015

Технологии

Компания с руско финансиране разработи уникален метод за термоядрен синтез