ITER-Projekt im Jahr 2018

Projekt

Das vergangene Jahr für den ITER International Experimental Thermonuclear Reactor ( über das Projekt ) ist für einen externen Beobachter wahrscheinlich eines der ruhigsten aller Baujahre (seit 2009). Für mich persönlich war dieses Jahr von einem Besuch der ITER-Website im September 2018 geprägt, sodass dieser Jahresbericht mit persönlichen Eindrücken und Fotos verwässert wird.



Vor drei Jahren wechselte das Projekt offiziell seinen Direktor - es wurde ein energischer Franzose Bernard Bigot. Bigot erkannte die schwierige Situation, in der sich ITER zu Beginn seiner Regierungszeit befand (die wachsende enorme Verzögerung hinter dem Zeitplan und die Kostenüberschreitungen warfen das Problem der Schließung auf) und traf mehrere wichtige Managemententscheidungen, einschließlich der Erstellung eines „umfassenden Bauplans“. Wie Sie wissen, werden Zeitpläne dieser Größenordnung nur zum Zeitpunkt der Erstellung / Aktualisierung genau eingehalten. In den letzten zwei Jahren können wir feststellen, dass selbst nach dem neuen Zeitplan keine 100% eingehalten werden. Die Situation ist jedoch deutlich besser als im Zeitraum 2009–2015, und die Verzögerung beträgt heute 6–9 Monate, insbesondere da Optionen für die „Konsolidierung“ der Reaktormontagepläne bestehen. Der Wert innerhalb eines Jahres ist für ein solches Projekt nicht zu kritisch, die Frage ist hauptsächlich: Was wird mit der Dynamik der Verzögerung weiter passieren?

Leider scheint es mir - die Verzögerung wird zunehmen. Eines der verbleibenden Probleme ist die Unterfinanzierung der Amerikaner für ihren Teil des Programms. Obwohl das Ausmaß dieser Unterfinanzierung im Jahr 2018 halbiert wurde, bleibt es bestehen und bedeutet eine Unterbrechung der Versorgung mit kritischen Ausrüstungsgegenständen, für die die USA bezahlen. So wurde beispielsweise das Wasserkühlsystem der Vakuumkammer und des Divertors schließlich auf die Entwicklung und Produktion von den USA in die Europäische Union übertragen, um Geld und Zeit zu sparen. Aber offensichtlich werden die Bedingungen dieses Systems immer noch verrutschen.

Die Situation mit amerikanischer Finanzierung spiegelt das allgemeine Problem gut wider - in einem supranationalen Projekt kollidieren nationale Ambitionen mit den Ambitionen bestimmter am Projekt beteiligter Personen, was die Arbeit der Entwicklungsingenieure erschwert (und technisch äußerst kompliziert ist).

Zum Abschluss dieses „sozialen“ Moments möchte ich nur darauf hinweisen, dass die Menschheit, je weiter sie geht, umso mehr auf internationale Großprojekte trifft und lernt, diese umzusetzen. Daher sind die negativen Erfahrungen von ITER und die Lösungen, mit denen dieses Negative überwunden werden kann, an sich wertvoll. Wenn die Menschheit beispielsweise die Reduzierung der CO2-Emissionen im Notfall ernst nimmt, kann ITER mit seiner „sozialen“ Erfahrung hier nützlicher sein als mit Energie.

Zurück zum Projekt. Das Jahr 2018 verlief an und für sich im Allgemeinen - es wurden viele neue Fusionsgeräte geschaffen, wichtige Stände gebaut und wichtige wissenschaftliche Ergebnisse erzielt. Im Jahr 2019 wird die Marke voraussichtlich „70% der abgeschlossenen Bauarbeiten“ betragen. Lassen Sie uns in die Details eintauchen.

Bau und Installation von Geräten

• Die Hauptnachricht von 2018 - der Bau des Startminimums ist fast abgeschlossen. Wenn ich letztes Jahr über neue fertige Gebäude schrieb, dann gab es 2018 keine, nur Fertigstellung. Es gibt jedoch noch einen vollständigen Bauzyklus vor bis zu 4 Einrichtungen - komplexe Verwaltungsgebäude, Gebäude mit magnetischen Energieentladungswiderständen und zwei Sätze von Notdieselgeneratoren.

• Im Jahr 2018 wuchs die komplexeste Struktur - das komplexe Gebäude des Tokamak - um ein Dutzend Meter und erreichte fast die Spitze für Betonkonstruktionen, über denen jedoch noch ein Dach aus Metallkonstruktionen errichtet werden muss. Formal haben die Bauherren etwa ein Jahr Zeit, um den Beton fertigzustellen, das Dach zu errichten, die Zwischenwand zwischen dem Gebäude der Vormontage und dem Reaktorschacht zu zerlegen und schließlich mit dem Zusammenbau des Reaktors zu beginnen.

Fortschritte beim Bau des Hauptgebäudes von 2018 - zwischen der blauen und der roten Linie. Nur noch ein bisschen übrig.



Ansicht des konkreten Stützrings des Reaktors im September 2018, buchstäblich eine Woche nach seiner Fertigstellung. Das Foto vermittelt überhaupt nicht das Gefühl von Skalierung, es kann besser anhand des kurzen Videos verstanden werden, das ich aufgenommen habe

• Die unteren Stockwerke dieses Gebäudes wurden jedoch bereits vor Baubeginn fertiggestellt - im zweiten Stock können zahlreiche Rohrleitungen, Kabelrinnen, Stützen und Geräte installiert werden.

In der unteren Etage B2 des Diagnosegebäudes B74 können Geräte installiert werden

• Im Jahr 2018 war das Tokamak-Gebäude weiterhin mit nicht entfernbaren Elementen gesättigt - insbesondere 5 riesige Entwässerungstanks des Tokamak-Wasserkühlsystems und eine supraleitende Zuführung (evakuiertes Rohr mit elektrischer und hydraulischer Kommunikation) des Poloidmagneten Nr. 4 fielen in Position.

Magnetisches Feeder-Segment



Entwässerungstanks und Kondensatoren des Tokamak-Wasserkühlsystems. Auf dem Foto ist es nicht klar, aber es handelt sich um beeindruckende Behälter mit einer Höhe von 10 Metern und einem Durchmesser von fast 5 Metern.

• Im Vormontagegebäude wird die Installation von Montageständern für die Sektoren der Reaktorsektoren fortgesetzt - dies ist viel langsamer als ursprünglich geplant. Diese Stände sind in der Tat keine einfachen Geräte - ihre Aufgabe besteht darin, die drei über 300 Tonnen schweren Elemente des Reaktorsegments zu einer einzigen Einheit zu verbinden, für die sie viele leistungsstarke Antriebe haben, einschließlich Plattformen mit 6-Achsen-Positionierung von Ringmagneten. Eine lange Aufregung ruft jedoch traurige Gedanken hervor, dass beim Design der ITER-Baugruppe nicht alles so gut ist wie geplant.

Die Arbeiten am ersten Montagestand sind seit mehr als einem Jahr im Gange.

• Im Jahr 2018 durchlief der ITER-Kryokomplex eine großartige Installation aller großen Geräte - eines Absorptionsstickstoffgenerators, von Gastanks, Kryotanks, Kryoreaktivierungssäulen sowie weniger auffälligen, aber nicht weniger schwerwiegenden Geräten im Gebäude: Kompressoren, Turboexpander, Wärmetauscher, Stickstoff- und Heliumreinigungssysteme. Bis zum Herbst war die Aktivität im Gebäude jedoch dramatisch zurückgegangen. Das Problem ist, dass das Lüftungs- und Klimasubsystem des Gebäudes jetzt neu gestaltet wird, was bedeutet, dass es unmöglich ist, viele Arbeiten durchzuführen.

Ein Tank für flüssiges Helium mit einem Volumen von 125 Kubikmetern ist eines der letzten Elemente der großtechnischen Ausrüstung der Kryokombination.


6 Megawatt Wärmetauscher Stickstoffkompressoren


Und dies ist einer von 18 Heliumkompressoren mit einer Leistung von 2,5 Megawatt. Wenn Sie genau hinschauen, können Sie sehen, dass der Elektromotor nicht angedockt ist, weil Finale
Die Installation erfolgt nach Fertigstellung aller Pipelines.

• Ein kleiner, aber interessanter Punkt im Rahmen des Projekts ist die Installation von Bioprotektionstüren - riesige Hundert-Tonnen-Strukturen, die die Zugangszellen zum Reaktor schließen und die verbleibende Neutronen- und Gammastrahlung löschen.

• Nicht schlecht im Jahr 2018, der Elektriker fortgeschritten. Der Bau eines Umspannwerks mit konstanter Last wurde in Angriff genommen, durch das ~ 110 Megawatt ständig arbeitender Geräte - Pumpen, Lüfter, Niederspannungsabschnitte usw. - bereitgestellt werden.

Die Ecke des Gebäudes ist eine Unterstation mit konstanten Lasten. Das Schema sieht den Anschluss über 4 Transformatoren und die Energieverteilung bei einer Spannung von 22 Kilovolt vor. In den stumpfen Schrankreihen und überraschend gut - Inbetriebnahme des Steuerungssystems

• Am Standort wird der Bau eines zusätzlichen Systems von unterirdischen Galerien fortgesetzt - das Ergebnis der regelmäßigen Bearbeitung von Projekten für Stromversorgungs- und Gerätekühlungsnetze. Im Jahr 2019 sollte diese Aktivität enden und der Standort wird allmählich immer schöner (meiner Meinung nach ist die Architektur der Gebäude jedoch bereits beeindruckend).

• Das Wärmeabfuhrsystem (mit einer Leistung von 1.150 Megawatt) wurde 2018 im Bauteil fertiggestellt - und obwohl es eine Verzögerung von mindestens sechs Monaten hinter dem Zeitplan gibt, wird es voraussichtlich im Jahr 2020 eingeführt.

Ein Panorama des Aufbaus eines Wärmeabgabesystems für den Frühling und ein Modell dessen, was hier installiert wird. Im Allgemeinen besteht das System aus 20 Lüfterkühltürmen, zwei vergrabenen Pufferbecken für kaltes und heißes Wasser sowie mehr als 30 leistungsstarken Pumpen und Wärmetauschern.


Das gleiche zum Jahresende. Kühltürme werden bereits montiert, aber sie haben noch nicht begonnen, Rohre und Geräte zu montieren.

Geräteherstellung

• Das erste Element, von dem aus die Tokamak-Montage im Jahr 2020 beginnen wird, sollte die Basis des Kryostaten sein , der auf dem Stützring am Boden des Reaktorschachts angeordnet ist. Nachdem ich auf diesem Ring gestanden habe, kann ich feststellen, dass der 30-Meter-Durchmesser des Teils das Gefühl, dass es sich um ein Maschinenbauprodukt handelt, vollständig auslöscht. Im Jahr 2019 sollte die Basis des Kryostaten in der Grundgeometrie fertiggestellt werden. Wie mir scheint, werden jedoch kleine Elemente - Sensorhalterungen, Hitzeschilde, Kabel usw. - geschweißt. wird im 1. Quartal 2020 nicht erlauben, mit der Montage des Reaktors zu beginnen. Viele andere Probleme konkurrieren jedoch um diese Datumsverschiebung.

Im Moment sind der Boden der Basis und der Stützring fertig und es gibt eine Ausstellung und ein Schweißen der 5 Meter hohen Zwischenschale


Mein Schussrahmen schweißt zwei Segmente des Rings. Hier erreicht die Dicke 200 mm, weil Auf diesem Ring stehen die Stützen der Vakuumkammer und der Ringringe (tatsächlich wiegt der gesamte Reaktor etwa 15.000 Tonnen). In diesem Ring müssen noch viele ziemlich große Löcher zum Befestigen von Schrauben gebohrt werden - dies kann nach dem Schweißen der gesamten Basis und dem Abgleichen der Geometrie erfolgen.

• Auf der nächsten Slipanlage mit der Basis im Jahr 2018 wurde das zweite „Detail“ des Kryostaten, der untere Zylinder, von unten zusammengebaut. Im Allgemeinen ist dieser Moment erfreulich, das Schweißen dauerte ungefähr 1,5 Jahre und hielt die Frist ein.

Ich wiederhole, Fotos können den Maßstab dieser Details nicht vermitteln. Selbst bei lebhaften und vorläufigen Größenkenntnissen scheint dies kein technisches Produkt zu sein.

• Der beeindruckende Fortschritt bei der Herstellung von supraleitenden ITER-Magneten geht weiter, ich werde nicht müde, ihn zu wiederholen - die ehrgeizigsten Magnete in der Geschichte der Menschheit. Wenn 2017 mit der Bereitschaft des ersten Wicklungspakets (d. H. Des supraleitenden Teils) und des ersten Leistungsgehäuses des Magneten des Toroidfeldes endete, wurden bis Ende dieses Jahres der Kryotest des Pakets und die Montage der Toroidfeldspule in das Gehäuse durchgeführt.

Halbkasten eines Ringmagneten.



In diesem kombinierten Fall ist es 2019 erforderlich, alle Verschlüsse zu verschweißen, den Raum zwischen dem Beutel und dem Gehäuse mit Epoxidharz zu füllen, die mechanische Bearbeitung des Gehäuses bis zur endgültigen Größe durchzuführen und Endtests durchzuführen - Ende 2019 wird die erste (von 18) TF-Spule zum Installationsort gehen, der Es wird ein großer Sieg sein.

• Gleichzeitig wird die Produktion von etwas schwächeren und einfacheren (aber nicht weniger grandiosen) Spulen des poloidalen Feldes - PF6 in China (alle Kekse sind fertig, d. H. Die Module, aus denen es zusammengesetzt wird, die gesamte Struktur wird zusammengebaut), PF5 am ITER-Standort fortgesetzt (6 von 8 Keksen wurden bereits verwundet), PF1 in Russland .

Ein Modell in 1/8 der zukünftigen supraleitenden PF5-Spule aus gesägtem ersten Teil des experimentellen Kekses, das vor dem Hintergrund einer Vakuumentladungskammer geschnitten wurde, um die Isolierung der gesamten Baugruppe zu imprägnieren. Rechts sehen Sie den Kryostand zum Testen der zukünftigen Spule, der etwas mehr als ein Jahr später stattfinden wird.

• In den USA wird die Schaffung des größten Magneten der Welt fortgesetzt - des 1.000 Tonnen schweren zentralen ITER-Magneten, der aus 6 Modulen bestehen wird. Im Jahr 2018 wurde die Erstellung und Anpassung der letzten technologischen Produktionsstation (Kryostand, wo die Module auf Dichtheit und Widerstandsfähigkeit gegen Arbeitsstrom geprüft werden) abgeschlossen. Darauf wurde ein Kupfermodell getestet, woraufhin es gesägt und sichergestellt wurde, dass die gesamte Produktion korrekt ausgeführt wurde. Bereits 2019 wird das erste Modul die gesamte Kette durchlaufen, und insgesamt sind 5 von 6 bereits in Produktion.

Gesägte Anordnung des zentralen Magnetmoduls. Mehr als 400 Windungen eines supraleitenden Kabels mit einem maximalen Strom von 55 Kiloampere in einem sehr starren Stahlmantel sind durch eine elektrische Glasfaserisolierung getrennt, die bis zu 15 Kilovolt ohne Durchschlag standhalten muss.

• Das ITER-Magnetsystem wird ein Hochleistungselement aus sechs Glasfaserringen mit einem Durchmesser von mehr als 5 Metern und einem Querschnitt von 350 x 350 mm aufweisen, wodurch die erforderliche Steifigkeit des Magnetsystems gegen abstoßende Teichmotorkräfte gewährleistet wird. Um die Ringe im Jahr 2018 zu testen, wurde ein Ständer gebaut, der eine Berstkraft von 36.000 Tonnen erzeugen konnte.

• Im Jahr 2018 hat Europa die Erstellung eines Prototyps der größten Kryosorptionspumpe der Welt abgeschlossen - einer Vakuumpumpe, die die Aufrechterhaltung eines Arbeitsvakuums in einer Ringkammer sicherstellen soll. Es wurde eine Vereinbarung über die Lieferung dieses Schlüsselelements des Tokamak unterzeichnet.

Tests einer Kryosorptionspumpe in einem Labor. Das Gewicht des Gerätes beträgt 8 Tonnen, Länge 4 Meter, Durchmesser - 1700 mm.

• Ebenfalls in Europa (verantwortlich für die Erstellung von fast der Hälfte der ITER-Geräte) wurden 2018 ein Prototyp einer Divertorkassette und eines der Ziele des Divertorplasmas hergestellt. Ich möchte Sie daran erinnern, dass der Divertor für das Abpumpen des Plasmas verantwortlich ist, um die „thermonukleare Asche“ ständig zu reinigen - überschüssiges Helium und Verunreinigungen, die das Plasma von den Wänden aufnimmt.

Divertorkassettengehäuse. Im Inneren wird dieses Ding durch Wasser gekühlt (es ist hohl), und von oben werden drei Ziele für das ankommende Plasma, die aus Wolframblöcken montiert sind, in denen Kühlrohre verlegt sind, darauf montiert. Insgesamt wird der Divertor aus 54 solchen Kassetten bestehen.



Eines der drei Wolframplasma-Targets, die in Europa während thermischer Tests am NIIEFA in St. Petersburg am Cephei-Stand hergestellt wurden.


Wolframblöcke von Divertoroberflächen

• Es scheint mir, dass der wichtige Trend im Jahr 2018 die Entwicklung der Produktion vieler kleiner ITER-Elemente war - hauptsächlich Messsensoren: Magnetfeld, Ströme, Temperaturen, Strömungen von flüssigem Helium.

Auf diesem Foto - ein Magnetfeldsensor für die Installation unter rauen Bedingungen in einer Vakuumkammer (Strahlung, Temperatur bis 200 ° C, Vakuum).

• Im Jahr 2018 stellte China die ersten Magnetträger her - neben der Tatsache, dass es sich nur um große komplexe Edelstahlprodukte handelt, werden sie auch aktiv gekühlt und erfordern im Allgemeinen eine eher nicht triviale Metallverarbeitung. Darüber hinaus schließt China die Entwicklung des ersten supraleitenden Korrekturmagneten ab, einer von 18, der zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Magnetfelds und zur Reduzierung des Plasma-Wärmeverlusts benötigt wird.

Der Korrekturmagnet wird in sein Kraftgehäuse abgesenkt


Die Unterstützung der oben montierten Ringspule. Im Betrieb wird die Oberseite dieses Trägers auf ~ 30 K abgekühlt und die Unterseite hat fast Raumtemperatur.

• Südkorea befasst sich auch mit der Metallbearbeitung des Projekts, bei dem der erste Sektor der Vakuumkammer im Jahr 2018 nicht fertiggestellt werden konnte. Dabei handelt es sich um ein äußerst kompliziertes Produkt mit einem Gewicht von über 300 Tonnen, bei dem es sich um ein doppelwandiges Gefäß mit doppelter Krümmung und Wänden von 20 bis 60 mm handelt. Gegenwärtig liegt die Herstellung einer Vakuumkammer eindeutig auf dem "kritischen Pfad", d.h. bestimmt den Zeitpunkt des Projekts.

Aktiv gekühlte Hitzeschilde trennen die Heißvakuumkammer und die kalten supraleitenden Magnete. Dank des Vakuums und der aktiven Kühlung mit Helium auf ~ 90 K reduzieren sie die thermische Belastung der Magnete um das ~ 100-fache. Auf dem Foto - der erste in Südkorea gesammelte Bildschirmsektor.


Aber der europäische kleine Teil der zukünftigen Vakuumkammer (dies ist der Teil der Wand, der den inneren Zylinder um das zentrale Loch des Torus bildet, ist eines von 9 solchen Segmenten).

• In Russland wurden im Jahr 2018 die Tests der kühlsten Hochgeschwindigkeits- Stromschalter mit 45 Kiloampere und 8 Kilovolt erfolgreich getestet - sie sind notwendig, um die Magnetfeldsprünge zu erzeugen, die zum Starten eines Tokamaks erforderlich sind. In den kommenden Jahren müssen mehrere Dutzend solcher Blöcke auf dem Standort platziert werden, damit sie auf dem ITER-Standort installiert werden können.

• Darüber hinaus produzieren und testen sie weiterhin Gyrotrons - Megawatt-Funkröhren, von denen 8 von Russland geliefert werden sollten und die den Abbau und die Erwärmung von Plasma in einem Tokamak sicherstellen. Es ist interessant, dass beide Systeme der Hochfrequenzheizung leistungsstarke Hochspannungs-Gleichstromquellen benötigen, und sie waren auch 2018 erfolgreich. Beispielsweise wurde eine Reihe von Quellen für ein Gyrotronpaar in Europa erfolgreich getestet.

• Schließlich die Nachrichten über das Neutral Beam Testing Laboratory ( NBTF ) in Schwarz ... ähm, in der italienischen Stadt Padua. Neutrale Deuteronstrahlen mit einer Leistung von mehr als 30 Megawatt sind das wichtigste Teilsystem der Plasmaerwärmung und einer der Hightech-Knoten. In diesem Jahr wurde der SPIDER-Stand im NBTF-Labor in Betrieb genommen, wo die Entwicklung von langfristigen negativen Ionenstrahlen mit einem Strom von bis zu 40 Ampere (dies ist das ~ 4-fache des aktuellen Rekords) der erforderlichen Geometrie in Betrieb genommen werden sollte.

SPIDER-Ständer - ein Vakuumzylinder, an dessen nahem Ende eine Quelle für negative Ionen installiert ist. Auf dieser Seite sind alle Arten von elektrischer und hydraulischer Kommunikation sichtbar.


Auf der Rückseite sind kleine Löcher sichtbar, durch die Strahlen negativer Ionen elektrisch gezogen werden.

• Der nächste, noch größere MITICA-Stand wird im selben Gebäude gebaut, in dem die Strahlen nicht nur erzeugt, sondern auch elektrostatisch auf 1 MeV beschleunigt, neutralisiert und von Restionen gereinigt werden - im Allgemeinen alles, was vom ITER-Neutralstrahlinjektor benötigt wird, nur ohne ITER. Insbesondere im Jahr 2018 machten sie große Fortschritte beim Bau eines Megavolt- Netzteils für das Beschleunigersystem und bestellten den inneren Darm von MITICA.

MITICA — , , , 200 .


MITICA, -1 .

Fazit

Die ständig auftretenden Probleme, das Ausrutschen von Begriffen innerhalb des ITER-Rahmens führen natürlich zu leichten Enttäuschungen und Zweifeln. Wie mir jedoch scheint, ist dies das Karma eines jeden großen Projekts, das in vielen Bereichen umso rekordverdächtiger ist. Die Hauptsache ist, dass das Projekt für die meisten Geräte voranschreitet und sich gut bewegt und es pünktlich und mit den richtigen Parametern erfüllt. Hoffen wir, dass die aufkommenden Schwierigkeiten bei der Planung der Arbeiten und der Installation der Ausrüstung am ITER-Standort verschwinden und das Datum des ersten Plasmas im Dezember 2025 nicht zu frustriert wird. Nun, ich werde weiterhin über das Projekt sprechen und insbesondere bald einen detaillierten Bericht über meine Reise zur Website schreiben.