ITER क्रायोजेनिक सिस्टम

ITER इंटरनेशनल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर सबसे महत्वाकांक्षी वैज्ञानिक सुविधा है जो वर्तमान में दक्षिणी फ्रांस में निर्माणाधीन है। इस टोमाकम के कई तत्वों में उपसर्ग "रिकॉर्ड", "अपनी तरह का पहला", "दुनिया में सबसे शक्तिशाली" है। कुछ इकाइयों, उदाहरण के लिए, आवश्यक मापदंडों को प्राप्त करने के लिए दस साल से अधिक अनुसंधान और प्रोटोटाइप निर्माण की आवश्यकता होती है। फिर भी, यह उम्मीद करना मुश्किल है कि सरल सहायक प्रणाली, जैसे कि पानी ठंडा या वैज्ञानिक परिसर की बिजली आपूर्ति, कुछ रिकॉर्ड तोड़ देगी। हालांकि, ITER क्रायोसिस्टम, जो तरल हीलियम तापमान को ठंडा करता है, दुनिया में सबसे शक्तिशाली होगा। इसके मुख्य उपभोक्ता रिएक्टर सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट और क्रायोजेनिक जाल के साथ वैक्यूम पंप हैं।। तरल और सुपरक्रिटिकल हीलियम के साथ रखी पाइपों के साथ खाली लाइनों के किलोमीटर, पूर्ण शून्य से 4 डिग्री अधिक तापमान पर काम करने वाले पंप और डुअर जहाजों में उपकरण एक रेलवे टैंक का आकार - चलो इसे और अधिक विस्तार से देखें।



तो, ITER की तरह tokamaks की मुख्य समस्याओं में से एक उनके विशाल सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का ठंडा होना है । 4.5K का तापमान बनाए रखना एक बहुत ही ऊर्जा-गहन कार्य है - हमें हर गर्मी में बहने वाले जूल के लिए रेफ्रिजरेटर के संचालन पर 500 जूल खर्च करने होंगे। अगर मैग्नेट किसी भी तरह से थर्मल इंसुलेटेड नहीं थे, तो दसियों गीगावाट बिजली ITER क्रायोसिस्टम के संचालन में चली जाती। इसलिए, स्थापना की बाहरी और आंतरिक गर्मी से शीतलन "गहराई से अलग" होता है।


"Cryocombine" का अवलोकन - ITER क्रायो-रेफ्रिजरेंट प्रदान करने के लिए दुनिया का सबसे शक्तिशाली प्रशीतन प्रणाली।

शुरू करने के लिए, पूरे रिएक्टर को क्रायोस्टेट की वैक्यूम मात्रा में डुबोया जाता है। यह आपको हवा से मैग्नेट में गर्मी हस्तांतरण के बारे में नहीं सोचने की अनुमति देता है। बदले में, क्रायो स्क्रीन - एक शीतलन प्रणाली से लेपित स्टील की दर्पण शीट, जिसमें 80K का तापमान होता है, गर्मी विकिरण से बचाता है।


थर्मल स्क्रीन, "रैपिंग" ITER सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट सभी पक्षों से।

इस प्रकार, सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट खुद को केवल 80K (और 300 या 520K नहीं - अधिकतम तापमान, जिसमें टोकामक के बाहरी तत्वों को गर्म किया जाता है) के तापमान के साथ खुद के आसपास "सतहों" को देखता है और यह मैग्नेट में गर्मी के प्रवाह को ~ 10 गुना कम कर देता है। क्रायो स्क्रीन का एक जटिल आकार है, और वे स्वयं ITER रेफ्रिजरेटर की क्षमता के उपभोक्ता हैं।


क्रायोस्क्रीन के पहले धारावाहिक तत्वों में से एक, हाल ही में दक्षिण कोरिया में बनाया गया।

अंत में, बाहर से छोटी बची हुई हीट फ्लक्स को प्रत्येक चुंबक के माध्यम से पंप किए गए तरल हीलियम द्वारा लिया जाता है (जिसके लिए मैग्नेट को लपेटने के लिए उपयोग की जाने वाली केबल को एक पेचीदा तरीके से बनाया जाता है)। इसके अलावा, मैग्नेट में गर्मी वर्तमान (सीएस और पीएफ मैग्नेट के लिए विशिष्ट) में तेजी से बदलाव और रिएक्टर से न्यूट्रॉन विकिरण से उत्पन्न होती है।


ITER टॉरॉयडल कॉइल का सुपरकंडक्टिंग केबल। तरल के हीलियम के अंदर सर्पिल और किस्में के बीच दिखाई देने वाली voids हैं।

थर्मल मैग्नेट जो ठंडा मैग्नेट ऑपरेशन में देता है, 110 किलोवाट है, और इसका मतलब है कि उनके लिए रेफ्रिजरेटर की शक्ति कम से कम 55 मेगावाट होनी चाहिए। हालाँकि, ITER टीम इस तथ्य का उपयोग करती है कि ITER एक स्पंदित मोड में काम करेगा - एक "शॉट" जो कि हर आधे घंटे में 700 सेकंड तक चलता है, ताकि क्रायोकोम्बाइन की शक्ति और लागत को कम किया जा सके, जहाँ रेफ्रिजरेटर स्थित हैं।


मैग्नेट ठंड के मुख्य उपभोक्ता हैं। मैग्नेट में हीलियम और वर्तमान इनपुट की व्यवस्था।

इस तरह, लिया गया औसत ताप उत्पादन 4.5K के स्तर पर 65 किलोवाट तक कम हो गया था, और तरल हीलियम के साथ टैंकों को व्यवस्थित करके इसके लिए भुगतान करना आवश्यक है जो कि पीक लोड को अवशोषित करते हैं। तरल हीलियम के उपभोक्ताओं के अलग-अलग समूह क्रायोसोरेशन और क्रायोकॉन्डेंसेशन वैक्यूम पंप, गायरोट्रॉन मैग्नेट हैं, 50 केल्विन (सुपरकंडक्टिंग इनपुट्स), 80K - क्रायोस्क्रेन के तापमान पर ठंडे उपभोक्ता हैं।


एक अन्य महत्वपूर्ण उपभोक्ता क्रायोपंप (नीचे के पैनल पर हरा) है।

क्रायोकॉम्बिन, जो रेफ्रिजरेटर के साथ पूरे सिस्टम की आपूर्ति करता है, एक अलग इमारत में स्थित है। यह तरल नाइट्रोजन उत्पादन क्षमताओं में विभाजित है, जो बदले में तरल हीलियम उत्पादन कार्यशाला से अतिरिक्त गर्मी का निर्वहन करता है। सामान्य तौर पर, हीलियम और नाइट्रोजन संयंत्र एक ही सिद्धांत पर काम करते हैं - कंप्रेसर गैस को संपीड़ित करता है, जिससे यह गर्म होता है, गैस से अतिरिक्त गर्मी को बाहरी सर्किट में छुट्टी दे दी जाती है, जिसके बाद इसे टर्बोपेन्डर को खिलाया जाता है, जहां यह फैलता है और ठंडा होता है।


हीलियम टर्बोफेंडर, हीलियमश् द्वारा निर्मित। हीलियम लिकरफायर में, ITER क्रायोजेनिक संयंत्र लगभग समान होगा।

कंप्रेसर से टर्बोफेंडर और गैस के प्रवाह को एक और काउंटर हीट एक्सचेंजर में धकेल दिया जाता है, जो आपको टर्बोस्पैंडर के आउटलेट पर गैस के तापमान को धीरे-धीरे कम करने की अनुमति देता है। इसी समय, टर्बो-विस्तारक और हीट एक्सचेंजर्स विशेष खाली "कोल्ड वॉल्यूम" (या अंग्रेजी में कोल्डबॉक्स) में स्थित हैं। नाइट्रोजन कार्यशाला की ऊष्मीय क्षमता ऊष्मा का 1.3 मेगावाट है, जो प्रति सेकंड नाइट्रोजन के ~ 5 किलोग्राम के द्रवीकरण से मेल खाती है। हीलियम पावर केवल 65 किलोवाट है, और यह दुनिया में सबसे शक्तिशाली प्रणाली है। यह 3 समानांतर ऑपरेटिंग इकाइयों द्वारा प्रदान किया जाएगा, जिनमें से प्रत्येक में 6 कम्प्रेसर और 2 टर्बो-विस्तारक शामिल हैं।


क्रायोकॉम्बिन की एक सरलीकृत योजना।

हीलियम द्रवीकरण लाइनों की ठंड की मात्रा 4x22 मीटर आकार में है - एक रेलवे टैंक से अधिक!


तीन ठंडे संस्करणों में से एक जिसमें तरल हीलियम के उत्पादन के लिए संयंत्र को इकट्ठा किया जाता है।

तैयार क्रायोजेनिक तरल पदार्थ और गैसों को विशेष लाइनों के साथ टोकामैक बिल्डिंग में स्थानांतरित किया जाता है, निश्चित रूप से एक बल्कि चालाक तरीके से व्यवस्थित किया जाता है (यदि आप सिर्फ ITER परियोजना में कुछ करते हैं, तो आप अनजाने के लिए बाहर हो जाएंगे)। यह 1 मीटर तक के व्यास वाला एक खाली पाइप है, जिसमें विभिन्न तापमानों और चरणों की हीलियम वाली रेखाएँ फैली हुई हैं - 4.5 K के तापमान पर सुपरक्रिटिकल हीलियम, 5.3 पर गैसीय रिटर्न, 5.3 पर गैस, 50 K, गैस K पर वापसी, 300 K पर लौटें,


एक भारतीय प्लांट में cryolines की लेआउट असेंबली।

लेकिन दुर्भाग्य से, कठिनाइयों का अंत नहीं है। ठंड के उपभोक्ता - ITER के विभिन्न तत्वों को तापमान, दबाव और प्रशीतकों की प्रवाह दर के जटिल नियंत्रण की आवश्यकता होती है। ऐसा करने के लिए, लगभग 50 कोल्ड वाल्व बॉक्स टोकामक बिल्डिंग के अंदर स्थित हैं, जो क्रोलोकिड्स और गैसों के प्रवाह को अलग करते हैं, मिश्रण करते हैं। इसके अलावा, एसीबी के 5 बड़े सहायक शीत खंड, मैग्नेट और क्रायोपंप की प्रत्येक बड़ी प्रणाली के लिए एक, क्रायोजेनिक पंप, हीट एक्सचेंजर्स और तरल हीलियम बफर टैंक शामिल होंगे।


एक टोकामक इमारत में सर्द वितरण प्रणाली का एक सरल आरेख।


और एसीबी में से एक से भरा हुआ!

इस वेब में एक और सबसिस्टम उबलती हीलियम डिस्चार्ज लाइनें हैं, जिनकी जरूरत अगर कुछ सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट खो जाती है। हालांकि, ITER चुंबकीय और क्रायोजेनिक सिस्टम को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि सिर्फ दो घंटे में इस तरह के रीसेट के बाद टोकामक की संचालन क्षमता को बहाल करना है।


डिजाइन छवि ACB।

यह कल्पना करना दिलचस्प है कि यह सब कैसे काम करना चाहिए। क्रायोकॉम्बिनेंस शुरू करने के बाद, क्रायोलाइन और कोल्ड बॉक्स को ठंडा किया जाता है, क्रायोस्टेट को 10 पा के दबाव में पंप किया जाता है। क्रायोसोरेशन पंप तरल हीलियम से भरे होते हैं और क्रायोस्टेट में दबाव को 10 ^ -4 Pa तक काम में लाते हैं। फिर 0.5K प्रति घंटे की दर से 80K तक मैग्नेट के इत्मीनान से शीतलन शुरू होता है। मैग्नेट के 100 डिग्री तक ठंडा होने के बाद, थर्मल स्क्रीन का ठंडा होना शुरू हो जाता है (क्रायोस्क्रेन पर हवा और पानी के संघनन को रोकने के लिए यह क्रम आवश्यक है)। 2.5 सप्ताह के बाद, पूरी प्रणाली तरल नाइट्रोजन के तापमान पर आ जाती है, जो मध्यम अवधि की ITER सेवा के रुकने का आधार है। इसी समय, हीलियम संयंत्र के ⅓ और नाइट्रोजन काम के ⅓। आगे 4.5 K को ठंडा करने में एक सप्ताह लगता है,फिर आप मैग्नेट को चार्ज कर सकते हैं और प्लाज्मा ऑपरेशन शुरू कर सकते हैं। एक ही समय में, टोकामैक ऑपरेशन स्वयं एक दिन में 16 घंटे के लिए होगा, जिसके दौरान 40 "शॉट्स" और 8 घंटे तक वैक्यूम और क्रायोसिस्ट्मेंट रिकवरी की जाएगी, जिसके दौरान क्रायोसोरेशन पंप पूरी तरह से हवा और नमी के रिसाव के कारण पुनर्जीवित हो जाएंगे, और तरल को फिर से भरना होगा। ACB टैंक में हीलियम।


विभिन्न तत्वों और संचालन से थर्मल लोड।

आज तक, पूरे क्रायोसिस्ट प्रोजेक्ट का विकास पूरा हो चुका है, अनुसंधान कार्य पूरा हो चुका है, अनुबंधों को सौंप दिया गया है (मुख्य भाग फ्रेंच एयर लिक्विड द्वारा प्राप्त किया गया था) और उपकरण निर्माण भी शुरू हो गया है - उदाहरण के लिए, जुलाई में सुमितोमो प्रिसिजन ने एयर 2 को पहले 2 (6 में से) 80K हीट एक्सचेंजर्स को हस्तांतरित किया। नाइट्रोजन का द्रवीकरण प्रदान करना, और वर्ष की शुरुआत में तरल-हीलियम पौधों के बहुत ही भव्य ठंडे संस्करणों के गोले बनाए गए थे।


तीन हीलियम द्रवीकरण संयंत्रों में से एक की विधानसभा। सफेद सिलेंडर - ठंडा वैक्यूम वॉल्यूम।

बदले में, इस वर्ष के जून में ITER साइट पर, बिल्डिंग नंबर 51.52 का निर्माण, जहां क्रायोकॉम्बिनेशन के उपकरण स्थित हैं, शुरू हुआ, यह 2017 की गर्मियों तक चलेगा। भारत में, रेफ्रिजरेंट वितरण लाइनों और विभिन्न ठंडे बक्सों के एक सेगमेंट का मजाक बनाया जा रहा है और अगले साल से साइट पर क्रोलीन के पहले तत्व पहुंचने शुरू हो जाएंगे।

Source: https://habr.com/ru/post/hi382973/