Projet ITER en 2018

Projet

L'année dernière pour le réacteur thermonucléaire expérimental international ITER (à propos du projet ) est devenue, pour un observateur externe, probablement l'une des plus calmes de toutes les années de construction (depuis 2009). Pour moi personnellement, cette année a été marquée par une visite du site ITER en septembre 2018, donc ce rapport annuel sera dilué avec des impressions personnelles et des photos.



Il y a trois ans, le projet a officiellement changé de directeur - il est devenu un Français énergique Bernard Bigot. Conscient de la situation difficile dans laquelle se trouvait ITER au début de son règne (l'énorme retard grandissant par rapport au calendrier et les dépassements de coûts ont soulevé la question de la fermeture), Bigot a pris plusieurs décisions de gestion importantes, notamment la création d'un «plan de construction complet». Comme vous le savez, les horaires de cette échelle ne sont précisément observés qu'au moment de la création / mise à jour, et au cours des 2 dernières années, nous pouvons affirmer qu'il n'y a pas 100% de suivi même du nouveau calendrier. Cependant, la situation est nettement meilleure qu'elle ne l'était au cours de la période 2009-2015, et le décalage est aujourd'hui de 6 à 9 mois, d'autant plus qu'il existe des options pour «consolider» les plans d'assemblage des réacteurs. La valeur en un an n'est pas trop critique pour un tel projet, la question est principalement - qu'arrivera-t-il à la dynamique du décalage?

Malheureusement, il me semble - le décalage augmentera. Un des problèmes restants est le sous-financement des Américains de leur part du programme. Bien que l'ampleur de ce sous-financement ait été réduite de moitié en 2018, elle persiste et signifie une interruption de la fourniture des équipements essentiels que les États-Unis paient. Ainsi, par exemple, le système de refroidissement par eau de la chambre à vide et du divertor a finalement été transféré au développement et à la production des États-Unis vers l'Union européenne dans le but d'économiser temps et argent. Mais, évidemment, les termes de ce système vont encore glisser.

La situation avec le financement américain reflète bien le problème général - dans un projet supranational, les ambitions nationales se heurtent aux ambitions de personnes spécifiques impliquées dans le projet, ce qui complique le travail des ingénieurs de développement (qui est déjà techniquement extrêmement difficile).

En clôturant ce moment «social», je veux seulement noter que l'humanité, plus elle va, plus elle rencontrera des projets internationaux à grande échelle et apprendra à les mettre en œuvre. Ainsi, l'expérience négative d'ITER et les solutions qui permettent de surmonter ce négatif sont précieuses en soi. Par exemple, si l'humanité prend au sérieux la réduction «d'urgence» des émissions de CO2 - ITER avec son expérience «sociale» peut être plus utile ici qu'avec l'énergie.

Mais revenons au projet. L'année 2018, en soi, s'est déroulée en général - de nombreux nouveaux équipements de fusion ont été créés, des stands importants ont été construits, des résultats scientifiques importants ont été obtenus. En 2019, la marque devrait être «70% des travaux de construction achevés». Plongeons-nous dans les détails.

Construction et installation d'équipements

• La principale nouvelle de 2018 - la construction du minimum de lancement est presque terminée. Si l'année dernière, j'ai écrit sur de nouveaux bâtiments finis, alors en 2018 il n'y en avait pas, seulement l'achèvement. Cependant, il reste un cycle de construction complet devant jusqu'à quatre installations - des bâtiments de gestion complexes, des bâtiments avec des résistances de décharge d'énergie magnétique et deux groupes de générateurs diesel de secours.

• En 2018, la structure la plus complexe - le bâtiment complexe du tokamak a augmenté d'une douzaine de mètres et a presque atteint le sommet des structures en béton, sur lesquelles, cependant, il reste encore un toit à ériger à partir de structures métalliques. Officiellement, les constructeurs ont environ un an pour terminer le béton, ériger le toit, démonter le mur intermédiaire entre le bâtiment d'assemblage préliminaire et le puits du réacteur, et enfin commencer l'assemblage du réacteur.

Progrès dans la construction du bâtiment principal de 2018 - entre les lignes bleues et rouges. Encore un petit peu.



Vue de l'anneau de support en béton du réacteur en septembre 2018, littéralement une semaine après son achèvement. La photo ne transmet pas du tout le sentiment d'échelle, elle peut être mieux comprise à partir de la courte vidéo que j'ai tournée

• Cependant, avant même la fin de la construction, les étages inférieurs de ce bâtiment étaient terminés - le plancher B2 est prêt pour l'installation de nombreux pipelines, chemins de câbles, supports et équipements.

L'étage inférieur B2 du bâtiment de diagnostic B74 est prêt pour l'installation de l'équipement

• En 2018, le bâtiment du tokamak a continué d'être saturé d'éléments non amovibles - en particulier, 5 réservoirs de drainage géants du système de refroidissement à eau du tokamak et un conducteur supraconducteur (tuyau évacué avec communications électriques et hydrauliques) d'aimant poloïdal n ° 4 se sont mis en place.

Segment d'alimentation magnétique



Réservoirs de drainage et condenseurs du système de refroidissement à eau tokamak. Ce n'est pas clair sur la photo, mais ce sont des conteneurs impressionnants de 10 mètres de haut et presque 5 de diamètre.

• Dans le bâtiment de pré-assemblage, l'installation de stands de montage pour les secteurs des secteurs du réacteur se poursuit - ce qui est beaucoup plus lent que prévu initialement. Ces peuplements, en effet, ne sont pas de simples appareils - leur tâche consiste à connecter les trois éléments de plus de 300 tonnes du segment de réacteur en une seule unité, pour laquelle ils disposent de nombreux entraînements puissants, y compris plates-formes avec positionnement à 6 axes d'aimants toroïdaux. Cependant, une longue agitation évoque de tristes pensées que tout n'est pas aussi bon que prévu avec la conception de l'ensemble ITER.

Les travaux sur le premier stand de montage durent depuis plus d'un an.

• En 2018, l'ITER Cryocomplex a traversé une installation grandiose de tous les équipements de grande taille - un générateur d'azote à absorption, des réservoirs de gaz, des réservoirs cryogéniques, des colonnes de cryoréactivation, ainsi que des équipements moins visibles, mais pas moins sérieux à l'intérieur du bâtiment: compresseurs, turbo-expandeurs, échangeurs de chaleur, systèmes de purification d'azote et d'hélium. Cependant, à l'automne, l'activité dans le bâtiment avait chuté de façon spectaculaire. Le problème est que le sous-système de ventilation et de climatisation du bâtiment est maintenant en cours de refonte, ce qui signifie qu'il est impossible d'effectuer de nombreux travaux.

Un réservoir d'hélium liquide d'un volume de 125 mètres cubes est l'un des derniers éléments de l'équipement de grande taille de la cryocombine.


Compresseurs d'azote à échangeur de chaleur de 6 mégawatts


Et c'est l'un des 18 compresseurs à hélium d'une capacité de 2,5 mégawatts. Si vous regardez de près, vous pouvez voir que le moteur électrique est désamarré, car finale
l'installation se fera après l'achèvement de tous les pipelines.

• Point petit mais intéressant dans le cadre du projet, l'installation de portes de bioprotection a commencé - d'énormes structures de cent tonnes qui fermeront les cellules d'accès au réacteur et éteindront le rayonnement neutronique et gamma restant.

• Pas mal en 2018, l'électricien a avancé. La construction d'une sous-station de distribution de charges constantes a été lancée, grâce à laquelle environ 110 mégawatts d'appareils fonctionnant en permanence - pompes, ventilateurs, sections basse tension, etc. seront fournis.

Le coin du bâtiment est une sous-station de charges constantes. Le schéma prévoit la connexion via 4 transformateurs et la distribution d'énergie à une tension de 22 kilovolts. À l'intérieur des rangées ternes des armoires et, étonnamment bien - mise en service du système de contrôle

• Sur le site, la construction d'un système supplémentaire de galeries souterraines se poursuit - résultat du traitement régulier des projets d'alimentation électrique et de refroidissement des équipements. En 2019, cette activité devrait prendre fin, et le site deviendra progressivement de plus en plus beau (cependant, à mon avis, l'architecture des bâtiments est déjà géniale).

• Le système d'évacuation de la chaleur (d'une capacité de 1150 mégawatts) en 2018 a été achevé dans la partie construction - et bien qu'il y ait un retard d'au moins six mois par rapport au calendrier, il sera probablement lancé en 2020.

Un panorama de la construction d'un système de rejet de chaleur pour le printemps et un modèle de ce qui sera installé ici. En général, le système se compose de 20 tours de refroidissement par ventilateur, de deux piscines tampons enterrées pour l'eau froide et chaude et de plus de 30 pompes et échangeurs de chaleur puissants.


Même chose à la fin de l'année. Les tours de refroidissement sont déjà en cours d'assemblage, mais elles n'ont pas encore commencé à assembler les tuyaux et l'équipement.

Fabrication d'équipements

• Le premier élément à partir duquel l'assemblage du tokamak commencera en 2020 devrait être la base du cryostat posé sur l'anneau de support au bas de la cuve du réacteur. Après m'être tenu sur cet anneau, je peux noter que le diamètre de 30 mètres de la pièce efface complètement le sentiment qu'il s'agit d'un produit de construction mécanique. En 2019, la base du cryostat devrait être terminée dans la géométrie de base, cependant, comme il me semble, le soudage de petits éléments - supports de capteurs, écrans thermiques, câbles, etc. ne permettra pas au 1er trimestre 2020 de commencer l'assemblage du réacteur. Cependant, de nombreux autres problèmes se disputent ce décalage de date.

En ce moment, le fond de la base et la bague de support sont prêts et il y a une exposition et une soudure de la coque intermédiaire de 5 mètres de hauteur


Mon cadre de prise de vue soude deux segments de l'anneau. Ici, l'épaisseur atteint 200 mm, car les supports de la chambre à vide et des anneaux toroïdaux (en fait, l'ensemble du réacteur pesant environ 15 000 tonnes) reposeront sur cet anneau. Dans cet anneau, beaucoup de trous assez grands doivent encore être percés pour fixer les boulons - cela peut être fait après avoir soudé la base entière et rapproché la géométrie.

• Sur la cale de halage suivante avec la base en 2018, le deuxième «détail» du cryostat, le cylindre inférieur, a été assemblé par le bas. En général, ce moment est agréable, le soudage a pris environ 1,5 an et a respecté le délai.

Je le répète, les photographies ne sont pas en mesure de traduire l'ampleur de ces détails. Même avec une connaissance vivante et préliminaire des tailles, cela ne semble pas être des produits d'ingénierie.

• Les progrès impressionnants dans la production d'aimants supraconducteurs ITER se poursuivent, je ne me lasse pas de répéter - les aimants les plus ambitieux de l'histoire de l'humanité. Si 2017 s'est terminée avec la préparation du premier boîtier d'enroulement (c'est-à-dire la partie supraconductrice) et du premier boîtier de puissance de l' aimant du champ toroïdal , à la fin de cette année, le cryotest du boîtier et l'assemblage de la bobine de champ toroïdal dans le boîtier ont été effectués.

Semi-boîtier d'un aimant toroïdal.



En 2019, sur ce boîtier combiné, il est nécessaire de souder toutes les fermetures, de remplir l'espace entre le sac et le boîtier avec de la résine époxy, d'effectuer un traitement mécanique du boîtier à la taille finale et d'effectuer des tests finaux - fin 2019, la première (sur 18) bobine TF ira sur le site d'installation, ce qui ce sera une grande victoire.

• Dans le même temps, la production continue de bobines du champ poloïdal légèrement plus faibles et plus simples (mais non moins grandioses) - PF6 en Chine (tous les biscuits sont prêts, c'est-à-dire les modules à partir desquels il est assemblé, toute la structure est en cours d'assemblage), PF5 sur le site ITER (6 biscuits sur 8 ont déjà été enroulés), PF1 en Russie .

Un modèle au 1/8 de la future bobine supraconductrice PF5 en première partie sciée du biscuit expérimental taillé dans le fond d'une chambre à vide pour imprégner l'isolation de l'ensemble. Sur la droite, vous pouvez voir le cryostand pour tester la future bobine, qui aura lieu un peu plus d'un an plus tard.

• Aux États-Unis, la création du plus grand aimant au monde se poursuit: le solénoïde central ITER de 1 000 tonnes, composé de 6 modules. En 2018, la création et l'ajustement du dernier poste technologique de production (cryostand, où les modules seront testés pour l'étanchéité et la capacité à résister au courant de travail) ont été achevés, un modèle en cuivre a été testé dessus, après quoi il a été scié et s'est assuré que toute la production a été effectuée correctement. Déjà en 2019, le premier module traversera toute la chaîne, et au total 5 sur 6 sont déjà en production.

Disposition du module du solénoïde central. Plus de 400 tours d'un câble supraconducteur avec un courant maximum de 55 kiloampères dans une gaine en acier très rigide sont séparés par une isolation électrique en fibre de verre, qui doit supporter jusqu'à 15 kilovolts sans panne.

• Le système magnétique ITER aura un élément de puissance robuste de six anneaux en fibre de verre d'un diamètre de plus de 5 mètres et d'une section transversale de 350x350 mm, ce qui fournira la rigidité nécessaire du système magnétique contre les forces répulsives des moteurs à étang. Pour tester les anneaux en 2018, un stand a été construit qui pourrait créer une force d'éclatement de 36000 tonnes.

• En 2018, l'Europe a achevé la création d'un prototype de la plus grande pompe de cryosorption au monde - une pompe à vide, qui assurera le maintien d'un vide de travail dans une chambre toroïdale. Un accord a été signé pour la fourniture de celui-ci des éléments clés du tokamak.

Tests d'une pompe de cryosorption en laboratoire. Le poids de l'appareil est de 8 tonnes, longueur 4 mètres, diamètre - 1700 mm.

• Toujours en Europe (responsable de la création de près de la moitié des équipements ITER), en 2018, un prototype de cassette de dérivation et l'une des cibles du plasma de dérivation ont été fabriqués. Permettez-moi de vous rappeler que le divertor est chargé de pomper le plasma pour un nettoyage constant des «cendres thermonucléaires» - l'hélium en excès et les impuretés que le plasma retire des parois.

Boîtier de cassette de dérivation. À l'intérieur, cette chose sera refroidie par l'eau (elle est creuse), et par dessus trois cibles pour l'arrivée de plasma, montées à partir de blocs de tungstène à l'intérieur desquels des tubes de refroidissement sont posés, seront montées dessus. Au total, le divertor sera composé de 54 cassettes de ce type.



L'une des trois cibles de plasma de tungstène fabriquées en Europe lors d'essais thermiques au NIIEFA de Saint-Pétersbourg sur le stand Cephei.


Blocs de tungstène des surfaces du divertor

• Il me semble que la tendance importante en 2018 a été le développement de la production de nombreux petits éléments d'ITER - principalement des capteurs de mesure: champ magnétique, courants, températures, flux d'hélium liquide.

Sur cette photo - un capteur de champ magnétique conçu pour une installation dans des conditions difficiles à l'intérieur d'une chambre à vide (rayonnement, température jusqu'à 200 C, vide).

• En 2018, la Chine a fabriqué les premiers supports magnétiques - en plus du fait que ce ne sont que de gros produits complexes en acier inoxydable, ils sont également activement refroidis et nécessitent généralement un traitement des métaux plutôt banal. En outre, la Chine achève la création du premier aimant supraconducteur correctif, l'un des 18, nécessaire pour améliorer l'uniformité du champ magnétique et réduire les pertes de chaleur du plasma.

L'aimant de correction est abaissé dans son boîtier d'alimentation


Le support de la bobine toroïdale qui a été assemblée ci-dessus. En fonctionnement, le haut de ce support sera refroidi à ~ 30 K et le bas aura presque la température ambiante.

• La Corée du Sud est également engagée dans le travail des métaux dans le projet, qui n'a pas réussi à terminer le premier secteur de la chambre à vide en 2018, un produit extrêmement compliqué pesant plus de 300 tonnes, qui est un récipient à double paroi de double courbure avec des parois de 20 à 60 mm. À l'heure actuelle, la fabrication d'une chambre à vide repose clairement sur le «chemin critique», à savoir détermine le calendrier du projet.

Des écrans thermiques refroidis activement sépareront la chambre à vide chaude et les aimants supraconducteurs froids. Grâce au vide et au refroidissement actif à l'hélium à ~ 90 K, ils réduiront la charge thermique des aimants de ~ 100 fois. Sur la photo - le premier secteur d'écrans collectés en Corée du Sud.


Mais la petite partie européenne de la future chambre à vide (c'est la partie de la paroi formant le cylindre intérieur autour du trou central du tore est l'un de 9 de ces segments)

• En Russie, pendant ce temps, en 2018, les tests des interrupteurs de courant à haute vitesse les plus cool avec 45 kiloampères et 8 kilovolts ont été testés avec succès - ils sont nécessaires pour créer les sauts de champ magnétique nécessaires au lancement d'un tokamak. Dans les années à venir, il faudra mettre plusieurs dizaines de ces blocs sur le site pour les installer sur le site ITER.

• En outre, ils continuent de produire et de tester des gyrotrons - des tubes radioélectriques de mégawatts, dont 8 devraient être fournis par la Russie, et qui assureront la dégradation et le chauffage du plasma dans un tokamak. Il est intéressant de noter que les deux systèmes de chauffage par radiofréquence nécessitent des sources de courant continu puissantes à haute tension, et ils ont également réussi en 2018, par exemple, un ensemble de sources pour une paire de gyrotrons a été testé avec succès en Europe.

• Enfin, les nouvelles du laboratoire de test de faisceaux neutres ( NBTF ) à Black ... euh, dans la ville italienne de Padoue. Les faisceaux de deutons neutres d'une puissance de 30+ mégawatts sont le sous-système le plus important de chauffage par plasma et l'un des nœuds les plus avancés. Cette année, le stand SPIDER a été mis en service au laboratoire NBTF, où le développement de faisceaux d'ions négatifs à long terme avec un courant allant jusqu'à 40 ampères (soit environ 4 fois le record actuel) de la géométrie requise devrait être mis en service.

Support SPIDER - un baril à vide à l'extrémité proche duquel une source d'ions négatifs est installée. De ce côté, toutes sortes de communications électriques et hydrauliques sont visibles.


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• , MITICA, , 1 , — , , . 2018 MITICA.

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Conclusion

Les problèmes qui apparaissent constamment, le glissement des termes dans le cadre ITER, bien sûr, provoquent une légère déception et des doutes, cependant, comme il me semble, c'est le karma de tout grand projet, d'autant plus record dans de nombreux domaines. L'essentiel est que le projet avance et se déroule bien, pour la plupart des équipements, en le remplissant à temps et avec les bons paramètres. Espérons que les difficultés émergentes dans la planification des travaux et l'installation des équipements sur le site ITER disparaîtront et que la date du premier plasma en décembre 2025 ne sera pas trop frustrée. Eh bien, je continuerai de parler du projet et, en particulier, j'écrirai bientôt un rapport détaillé sur mon voyage sur le site.