Proyecto
El año pasado para el Reactor Termonuclear Experimental Internacional ITER (
sobre el proyecto ) se ha convertido, para un observador externo, probablemente en uno de los más tranquilos de todos los años de construcción (desde 2009). Para mí personalmente, este año estuvo marcado por una visita al sitio de ITER en septiembre de 2018, por lo que este informe anual se diluirá con impresiones personales y fotos.
Hace tres años, el proyecto cambió oficialmente su director: se convirtió en un enérgico francés Bernard Bigot. Al darse cuenta de la difícil situación en la que ITER estaba al comienzo de su reinado (el enorme retraso cada vez mayor detrás del cronograma y los excesos de costos plantearon el problema del cierre), Bigot tomó varias decisiones importantes de gestión, incluida la creación de un "plan integral de construcción". Como saben, los cronogramas de esta escala se observan con precisión solo en el momento de la creación / actualización, y en los últimos 2 años, podemos afirmar que no hay un 100% siguiendo incluso el nuevo cronograma. Sin embargo, la situación es claramente mejor de lo que fue en el período 2009–2015, y el retraso actual es de 6–9 meses, especialmente porque hay opciones para “consolidar” los planes de ensamblaje del reactor. El valor dentro de un año no es demasiado crítico para tal proyecto, la pregunta es principalmente: ¿qué pasará con la dinámica del retraso adicional?
Desafortunadamente, me parece que el retraso aumentará. Uno de los problemas restantes es la
falta de fondos de los estadounidenses en su parte del programa. Aunque la escala de esta subfinanciación se redujo a la mitad en 2018, aún permanece y significa una interrupción en el suministro de artículos críticos de equipo por los que paga EE. UU. Entonces, por ejemplo, el sistema de enfriamiento de agua de la cámara de vacío y el desviador finalmente se transfirió al desarrollo y producción de los EE. UU. A la Unión Europea en un intento de ahorrar dinero y tiempo. Pero, obviamente, los términos de este sistema aún se deslizarán.
La situación con el financiamiento estadounidense refleja bien el problema general: en un proyecto supranacional, las ambiciones nacionales chocan con las ambiciones de personas específicas involucradas en el proyecto, lo que complica el trabajo de los ingenieros de desarrollo (y es técnicamente extremadamente complicado).
Cerrando este momento "social", solo quiero señalar que la humanidad, cuanto más avanza, más se encontrará con proyectos internacionales a gran escala y aprenderá a implementarlos. Por lo tanto, la experiencia negativa de ITER y las soluciones que permiten superar este negativo son valiosas en sí mismas. Por ejemplo, si la humanidad se toma en serio la reducción "de emergencia" de las emisiones de CO2, ITER con su experiencia "social" puede ser más útil aquí que con la energía.
Sin embargo, de vuelta al proyecto. El año 2018, en sí mismo, continuó en general: se crearon muchos equipos de fusión nuevos, se construyeron stands importantes y se obtuvieron importantes resultados científicos. En 2019, se espera que la marca sea "70% del trabajo de construcción terminado". Vamos a sumergirnos en los detalles.
Construcción e instalación de equipos.
- La principal noticia de 2018: la construcción del lanzamiento mínimo está casi completa. Si el año pasado escribí sobre nuevos edificios terminados, en 2018 no hubo ninguno, solo terminación. Sin embargo, todavía hay un ciclo de construcción completo por delante de hasta 4 instalaciones: edificios de administración complejos, edificios con resistencias de descarga de energía magnética y dos conjuntos de generadores diesel de emergencia.
- En 2018, la construcción más compleja: el complejo edificio del tokamak creció una docena de metros y casi alcanzó la cima de las estructuras de concreto, sobre las cuales, sin embargo, todavía hay un techo para erigir a partir de estructuras metálicas. Formalmente, los constructores tienen alrededor de un año para terminar el concreto, levantar el techo, desmontar la pared intermedia entre el edificio de ensamblaje preliminar y el eje del reactor, y finalmente comenzar el ensamblaje del reactor.
Progreso en la construcción del edificio principal de 2018, entre las líneas azul y roja. Solo queda un poco.
Vista del anillo de soporte de hormigón del reactor en septiembre de 2018, literalmente una semana después de su finalización. La foto no transmite la sensación de escala en absoluto, se puede entender mejor por el breve video que grabé- Sin embargo, incluso antes del final de la construcción, se terminaron los pisos inferiores de este edificio: el piso B2 está listo para la instalación de numerosas tuberías, bandejas de cables, soportes y equipos.
El piso inferior B2 del edificio de diagnóstico B74 está listo para la instalación de equipos.- En 2018, el edificio de tokamak también se saturó con elementos no extraíbles, en particular, 5 tanques de drenaje gigantes del sistema de enfriamiento de agua de tokamak y un alimentador superconductor (tubería evacuada con comunicaciones eléctricas e hidráulicas) del imán poloidal n. ° 4.
Segmento alimentador magnético
Tanques de drenaje y condensadores del sistema de enfriamiento de agua tokamak. No está claro en la foto, pero estos son impresionantes contenedores de 10 metros de altura y casi 5 de diámetro.- En el edificio de premontaje, la instalación de los soportes de montaje para los sectores de los reactores continúa, esto es mucho más lento de lo planeado originalmente. Estos soportes, de hecho, no son dispositivos simples: su tarea es conectar los tres elementos de más de 300 toneladas del segmento del reactor en una sola unidad, para lo cual tienen muchos accionamientos potentes, incluidos plataformas con posicionamiento de 6 ejes de imanes toroidales. Sin embargo, un gran alboroto evoca pensamientos tristes de que no todo es tan bueno como se planeó con el diseño del ensamblaje ITER.
El trabajo en el primer stand de ensamblaje ha estado sucediendo por más de un año.- En 2018, el ITER Cryocomplex realizó una grandiosa instalación de todos los equipos de gran tamaño : un generador de nitrógeno de absorción, tanques de gas, tanques criogénicos, columnas de activación criogénica, así como equipos menos notables, pero no menos serios dentro del edificio: compresores, turbo expansores, intercambiadores de calor, sistemas de purificación de nitrógeno y helio. Sin embargo, para el otoño, la actividad en el edificio había caído dramáticamente. El problema es que el subsistema de ventilación y aire acondicionado del edificio ahora está en rediseño, lo que significa que es imposible realizar muchos trabajos.
Un tanque para helio líquido con un volumen de 125 metros cúbicos es uno de los últimos elementos del equipo de gran tamaño de la criocombina.
Compresores de nitrógeno de intercambiador de calor de 6 megavatios
Y este es uno de los 18 compresores de helio con una capacidad de 2.5 megavatios. Si observa de cerca, puede ver que el motor eléctrico está desacoplado, porque final
La instalación se realizará una vez finalizadas todas las tuberías.- Un punto pequeño pero interesante en el marco del proyecto, ha comenzado la instalación de puertas de bioprotección: enormes estructuras de cien toneladas que cerrarán las celdas de acceso al reactor y apagarán el resto de la radiación de neutrones y gamma.
- No está mal en 2018, el electricista avanzó. Se lanzó la construcción de una subestación de distribución de cargas constantes, a través de la cual se proporcionarán ~ 110 megavatios de dispositivos que funcionan constantemente: bombas, ventiladores, secciones de bajo voltaje, etc.
La esquina del edificio es una subestación de cargas constantes. El esquema proporciona conexión a través de 4 transformadores y distribución de energía a un voltaje de 22 kilovoltios. Dentro de las hileras de armarios apagados y, sorprendentemente bien, puesta en marcha del sistema de control
- En el sitio, continúa la construcción de un sistema adicional de galerías subterráneas, resultado del procesamiento regular de los proyectos de suministro de energía y enfriamiento de equipos. En 2019, esta actividad debería finalizar, y el sitio gradualmente se volverá cada vez más hermoso (sin embargo, en mi opinión, la arquitectura de los edificios ya es increíble).
- El sistema de eliminación de calor (con una capacidad de 1.150 megavatios) en 2018 se completó en la parte de construcción, y aunque hay un retraso de al menos seis meses en el cronograma, probablemente se lanzará en 2020.
Un panorama de la construcción de un sistema de rechazo de calor para la primavera y un modelo de lo que se instalará aquí. En general, el sistema consta de 20 torres de enfriamiento con ventilador, dos piscinas de protección enterradas para agua fría y caliente, y más de 30 potentes bombas e intercambiadores de calor.
Lo mismo al final del año. Las torres de enfriamiento ya se están ensamblando, pero aún no han comenzado a ensamblar tuberías y equipos.Fabricación de equipos
- El primer elemento desde el cual comenzará el ensamblaje de tokamak en 2020 debería ser la base del criostato colocado en el anillo de soporte en la parte inferior del eje del reactor. Después de estar en este anillo, puedo notar que el diámetro de 30 metros de la pieza borra por completo la sensación de que este es un producto de construcción de máquinas. En 2019, la base del criostato debe completarse en la geometría básica, sin embargo, como me parece, la soldadura de elementos pequeños: montajes de sensores, escudos térmicos, cables, etc. no permitirá en el primer trimestre de 2020 comenzar el montaje del reactor. Sin embargo, muchos otros problemas compiten por este cambio de fecha.
Por el momento, la parte inferior de la base y el anillo de soporte están listos y hay una exposición y soldadura de la carcasa intermedia de 5 metros de altura
Mi marco de tiro está soldando dos segmentos del anillo. Aquí el grosor alcanza los 200 mm, porque Los soportes de la cámara de vacío y los anillos toroidales (de hecho, todo el reactor que pesa alrededor de 15,000 toneladas) se colocarán sobre este anillo. En este anillo, aún no se han perforado muchos agujeros grandes para fijar los pernos; esto se puede hacer después de soldar toda la base y conciliar la geometría.
- En la siguiente grada con la base en 2018, el segundo "detalle" del criostato, el cilindro inferior, se ensambló desde abajo. En general, este momento es agradable, la soldadura tomó alrededor de 1,5 años y cumplió el plazo.
Repito, las fotografías no pueden transmitir la escala de estos detalles. Incluso con un conocimiento vivo y preliminar de los tamaños, esto no parece ser productos de ingeniería.- El progreso impresionante en la producción de imanes superconductores ITER continúa, nunca me canso de repetir, los imanes más ambiciosos en la historia de la humanidad. Si 2017 terminó con la preparación del primer paquete de bobinado (es decir, la parte superconductora) y la primera carcasa de alimentación del imán del campo toroidal , a fines de este año se realizó la prueba criogénica del paquete y el montaje de la bobina de campo toroidal en la carcasa.
Semicasa de un imán toroidal.
En 2019, en este caso combinado, es necesario soldar todos los cierres, llenar el espacio entre la bolsa y el estuche con resina epoxi, realizar el procesamiento mecánico del estuche hasta el tamaño final y realizar pruebas finales: a fines de 2019, la primera (de 18) bobina TF irá al sitio de instalación, que Será una gran victoria.
- Al mismo tiempo, la producción continúa de bobinas un poco más débiles y simples (pero no menos grandiosas en tamaño) del campo poloidal: PF6 en China (todas las galletas están listas, es decir, los módulos de los que se ensambla, se ensambla toda la estructura), PF5 en el sitio ITER (6 de 8 galletas ya han sido enrolladas), PF1 en Rusia .
Un modelo en 1/8 de la futura bobina superconductora PF5 hecha de la primera parte aserrada del corte experimental de galletas contra el fondo de una cámara de descarga al vacío para impregnar el aislamiento de todo el conjunto. A la derecha puede ver el criostén para probar la bobina futura, que tendrá lugar un poco más de un año después.
- En los Estados Unidos, continúa la creación del imán más grande del mundo: el solenoide central ITER de 1,000 toneladas, que constará de 6 módulos. En 2018, se completó la creación y el ajuste de la última estación tecnológica de producción (cryostand, donde se probará la estanqueidad y la capacidad de los módulos para soportar la corriente de trabajo), se probó un modelo de cobre, después del cual se aserró y se aseguró de que toda la producción se realizara correctamente. Ya en 2019, el primer módulo pasará por toda la cadena, y en total 5 de 6 ya están en producción.
Disposición aserrada del módulo de solenoide central. Más de 400 vueltas de un cable superconductor con una corriente máxima de 55 kiloamperios en una cubierta de acero muy rígida están separadas por un aislamiento eléctrico de fibra de vidrio, que debe soportar hasta 15 kilovoltios sin avería.- El sistema magnético ITER tendrá un elemento de potencia de servicio pesado de seis anillos de fibra de vidrio con un diámetro de más de 5 metros y una sección transversal de 350x350 mm, que proporcionará la rigidez necesaria del sistema magnético contra las fuerzas pondemotoras repulsivas. Para probar los anillos en 2018, se construyó un soporte que podría crear una fuerza de explosión de 36,000 toneladas.
- En 2018, Europa completó la creación de un prototipo de la bomba de criosorción más grande del mundo: una bomba de vacío, que garantizará el mantenimiento de un vacío de trabajo en una cámara toroidal. Se ha firmado un acuerdo para el suministro de este uno de los elementos clave del tokamak.
Pruebas de una bomba de criosorción en un laboratorio. El peso del dispositivo es de 8 toneladas, longitud 4 metros, diámetro - 1700 mm.
- También en Europa (responsable de la creación de casi la mitad del equipo ITER), en 2018, se fabricó un casete desviador prototipo y uno de los objetivos del plasma del desviador. Permítame recordarle que el desviador es responsable de bombear el plasma para la limpieza constante de “cenizas termonucleares”: exceso de helio e impurezas que el plasma atrapa de las paredes.
Caja de cassette de desviador. En el interior, esta cosa se enfriará con agua (es hueca), y encima se unirán tres objetivos para el plasma entrante, recogido de bloques de tungsteno, dentro de los cuales se colocan los tubos de enfriamiento. En total, el desviador consistirá en 54 de estos casetes.
Uno de los tres objetivos de plasma de tungsteno fabricados en Europa durante las pruebas térmicas en el NIIEFA de San Petersburgo en el stand de Cephei.
Bloques de tungsteno de superficies de desviador- Me parece que la tendencia importante en 2018 fue el desarrollo de la producción de muchos elementos pequeños de ITER, principalmente sensores de medición: campo magnético, corrientes, temperaturas, flujos de helio líquido.
En esta foto, un sensor de campo magnético diseñado para su instalación en condiciones adversas dentro de una cámara de vacío (radiación, temperatura de hasta 200 C, vacío).- En 2018, China fabricó los primeros soportes de imán, junto con el hecho de que estos son solo productos complejos de acero inoxidable, también se enfrían activamente y generalmente requieren un procesamiento de metal bastante trivial. Además, China está completando la creación del primer imán superconductor correctivo, uno de los 18, necesario para mejorar la uniformidad del campo magnético y reducir la pérdida de calor por plasma.
El imán de corrección se baja a su carcasa de alimentación.
El soporte de la bobina toroidal que se ensambló arriba. En funcionamiento, la parte superior de este soporte se enfriará a ~ 30 K y la parte inferior tendrá casi la temperatura ambiente.- Corea del Sur también se dedica a la metalurgia en el proyecto, que no pudo completar el primer sector de la cámara de vacío en 2018, un producto extremadamente complicado que pesa más de 300 toneladas, que es un recipiente de doble pared de doble curvatura con paredes de 20-60 mm. En la actualidad, la fabricación de una cámara de vacío se encuentra claramente en el "camino crítico", es decir determina el momento del proyecto.
Las pantallas térmicas enfriadas activamente separarán la cámara de vacío caliente y los imanes superconductores fríos. Gracias al vacío y al enfriamiento activo con helio a ~ 90 K, reducirán la carga térmica en los imanes ~ 100 veces. En la foto, el primer sector de pantallas recogidas en Corea del Sur.
Pero la pequeña parte europea de la futura cámara de vacío (esta es la parte de la pared que forma el cilindro interno alrededor del orificio central del toro es uno de estos 9 segmentos)- Mientras tanto, en Rusia, en 2018, se probaron con éxito las pruebas de los interruptores de corriente de alta velocidad más frescos con 45 kiloamperios y 8 kilovoltios: son necesarios para crear los saltos de campo magnético necesarios para lanzar un tokamak. En los próximos años, es necesario colocar varias docenas de dichos bloques en el sitio para su instalación en el sitio ITER.
- Además, continúan produciendo y probando girotrones : tubos de radio de megavatios, 8 de los cuales deberían ser suministrados por Rusia, y que garantizarán la descomposición y el calentamiento del plasma en un tokamak. Es interesante que ambos sistemas de calentamiento por radiofrecuencia requieran potentes fuentes de corriente continua de alto voltaje, y también tuvieron éxito en 2018, por ejemplo, un conjunto de fuentes para un par de girotrones se probó con éxito en Europa.
- Finalmente, las noticias sobre el Laboratorio de pruebas de haz neutro ( NBTF ) en Black ... uh, en la ciudad italiana de Padua. Los haces neutros de deuterón con una potencia de más de 30 megavatios son el subsistema más importante de calentamiento por plasma y uno de los nodos de más alta tecnología. Este año, el stand SPIDER se puso en funcionamiento en el laboratorio NBTF, donde se debe lanzar el desarrollo de haces de iones negativos a largo plazo con una corriente de hasta 40 amperios (esto es ~ 4 veces mayor que el registro actual) de la geometría requerida.
Soporte SPIDER: un barril de vacío en el extremo cercano del cual está instalada una fuente de iones negativos. En este lado, todo tipo de comunicaciones eléctricas e hidráulicas son visibles.
En el reverso, son visibles pequeños agujeros a través de los cuales los rayos de iones negativos serán dibujados eléctricamente.- El siguiente stand MITICA, aún más grande, se está construyendo en el mismo edificio, donde los haces no solo se crearán, sino que también se acelerarán electrostáticamente a 1 MeV, se neutralizarán y se limpiarán los iones residuales; en general, todo lo que se requiere del inyector de haz neutro ITER, solo sin ITER En particular, en 2018, hicieron grandes avances en la construcción de una fuente de alimentación de megavoltios para el sistema acelerador y realizaron un pedido para los intestinos internos de MITICA.
MITICA — , , , 200 .
MITICA, -1 .Conclusión
Los problemas que aparecen constantemente, el deslizamiento de los términos dentro del marco ITER, por supuesto, causan ligeras decepciones y dudas, sin embargo, como me parece a mí, este es el karma de cualquier proyecto grande, más que todo un récord en muchas áreas a la vez. Lo principal es que el proyecto avanza y avanza bien para la mayoría de los equipos, cumpliéndolo a tiempo y con los parámetros correctos. Esperemos que las dificultades emergentes con la planificación del trabajo y la instalación de equipos en el sitio ITER desaparezcan y la fecha del primer plasma en diciembre de 2025 no se vea muy frustrada. Bueno, continuaré hablando sobre el proyecto y, en particular, pronto escribiré un informe detallado sobre mi viaje al sitio.