Projeto ITER em 2018

Projeto

O ano passado para o Reator Termonuclear Experimental Internacional ITER ( sobre o projeto ) tornou-se, para um observador externo, provavelmente um dos mais calmos de todos os anos de construção (desde 2009). Para mim, pessoalmente, este ano foi marcado por uma visita ao site do ITER em setembro de 2018, portanto, este relatório anual será diluído com impressões e fotos pessoais.



Três anos atrás, o projeto mudou oficialmente seu diretor - tornou-se um enérgico francês Bernard Bigot. Percebendo a difícil situação em que o ITER se encontrava no início de seu reinado (o enorme atraso no cronograma e os excedentes de custos levantaram a questão do fechamento), Bigot tomou várias decisões importantes de gestão, incluindo a criação de um "plano de construção abrangente". Como você sabe, os cronogramas dessa escala são precisamente observados apenas no momento da criação / atualização e, nos últimos 2 anos, podemos afirmar que não há 100% seguindo até o novo cronograma. No entanto, a situação é claramente melhor do que era no período de 2009 a 2015, e o atraso hoje é de 6 a 9 meses, especialmente porque existem opções para "consolidar" os planos de montagem do reator. O valor dentro de um ano não é muito crítico para esse projeto, a questão é principalmente - o que acontecerá ainda mais com a dinâmica do atraso?

Infelizmente, parece-me - o atraso aumentará. Um dos problemas remanescentes é o subfinanciamento dos americanos de sua parte do programa. Embora a escala desse subfinanciamento tenha sido reduzida pela metade em 2018, ela ainda permanece e significa interrupção no fornecimento de itens críticos de equipamento pelos quais os EUA pagam. Assim, por exemplo, o sistema de refrigeração a água da câmara de vácuo e do desvio foi finalmente transferido para o desenvolvimento e produção dos EUA para a União Européia, na tentativa de economizar dinheiro e tempo. Mas, obviamente, os termos desse sistema ainda escorregarão.

A situação com o financiamento americano reflete bem o problema geral - em um projeto supranacional, as ambições nacionais se chocam com as ambições de pessoas específicas envolvidas no projeto, o que complica o trabalho dos engenheiros de desenvolvimento (e é tecnicamente extremamente complicado).

Fechando esse momento “social”, quero apenas observar que quanto mais a humanidade avança, mais encontra projetos internacionais de larga escala e aprende a implementá-los. Assim, a experiência negativa do ITER e as soluções que permitem superar esse negativo são valiosas em si mesmas. Por exemplo, se a humanidade levar a sério a redução "emergencial" das emissões de CO2 - o ITER com sua experiência "social" pode ser mais útil aqui do que com energia.

No entanto, de volta ao projeto. O ano de 2018, por si só, continuou em geral - muitos novos equipamentos de fusão foram criados, importantes estandes foram construídos, importantes resultados científicos foram obtidos. Em 2019, espera-se que a marca seja "70% das obras concluídas". Vamos mergulhar nos detalhes.

Construção e instalação de equipamentos

• As principais notícias de 2018 - a construção do mínimo de lançamento está quase concluída. Se no ano passado escrevi sobre novos edifícios concluídos, em 2018 não havia nenhum, apenas conclusão. No entanto, ainda existe um ciclo completo de construção à frente de até 4 instalações - edifícios de gerenciamento complexos, edifícios com resistores de descarga de energia magnética e dois conjuntos de geradores a diesel de emergência.

• Em 2018, a construção mais complexa - a complexa construção do tokamak cresceu uma dúzia de metros e quase alcançou o topo para estruturas de concreto, sobre as quais, no entanto, ainda há um teto a ser erguido a partir de estruturas metálicas. Formalmente, os construtores têm cerca de um ano para finalizar o concreto, erguer o telhado, desmontar a parede intermediária entre o edifício da montagem preliminar e o eixo do reator e, finalmente, iniciar a montagem do reator.

Progresso na construção do edifício principal de 2018 - entre as linhas azul e vermelha. Só um pouquinho.



Vista do anel de suporte de concreto do reator em setembro de 2018, literalmente uma semana após a sua conclusão. A foto não transmite a sensação de escala, pode ser melhor compreendida pelo pequeno vídeo que gravei

• No entanto, mesmo antes do final da construção, os andares inferiores deste edifício foram finalizados - o andar B2 está pronto para a instalação de diversos dutos, bandejas de cabos, suportes e equipamentos.

O piso inferior B2 do edifício de diagnóstico B74 está pronto para a instalação do equipamento

• Em 2018, o edifício tokamak também foi saturado com elementos não removíveis - em particular, cinco tanques de drenagem gigantes do sistema de refrigeração a água de tokamak e um alimentador supercondutor (tubo evacuado com comunicações elétricas e hidráulicas) do ímã poloidal n ° 4.

Segmento de alimentador magnético



Tanques de drenagem e condensadores do sistema de refrigeração a água tokamak. Não está claro na foto, mas esses são impressionantes contêineres com 10 metros de altura e quase 5 de diâmetro.

• No edifício de pré-montagem, a instalação dos suportes de montagem para os setores dos setores de reatores continua - isso é muito mais lento do que o planejado originalmente. Esses suportes, de fato, não são dispositivos simples - sua tarefa é conectar os três elementos de mais de 300 toneladas do segmento do reator em uma única unidade, para a qual eles têm muitos acionamentos poderosos, incluindo plataformas com posicionamento em 6 eixos de ímãs toroidais. No entanto, uma longa confusão evoca pensamentos tristes de que nem tudo é tão bom quanto o planejado com o design da montagem do ITER.

O trabalho no primeiro estande de montagem está em andamento há mais de um ano.

• Em 2018, o ITER Cryocomplex passou por uma grande instalação de todos os equipamentos de grande porte - um gerador de nitrogênio de absorção, tanques de gás, tanques criogênicos, colunas de ativação de crios, além de equipamentos menos perceptíveis, mas não menos sérios dentro do edifício: compressores, turbocompressores, trocadores de calor, sistemas de purificação de nitrogênio e hélio. No entanto, no outono, a atividade no edifício havia caído drasticamente. O problema é que o subsistema de ventilação e ar condicionado do edifício está agora em reformulação, o que significa que é impossível realizar muitos trabalhos.

Um tanque de hélio líquido com um volume de 125 metros cúbicos é um dos últimos elementos do equipamento de grande porte da criocombina.


Compressores de nitrogênio com trocador de calor de 6 megawatts


E este é um dos 18 compressores de hélio com capacidade de 2,5 megawatts. Se você olhar atentamente, poderá ver que o motor elétrico está desencaixado, porque final
a instalação será após a conclusão de todos os oleodutos.

• Um ponto pequeno, mas interessante na estrutura do projeto, começou a instalação de portas de bioproteção - enormes estruturas de cem toneladas que fecharão as células de acesso ao reator e extinguirão a radiação restante de nêutrons e gama.

• Nada mal em 2018, o eletricista avançou. Foi iniciada a construção de uma subestação de distribuição de cargas constantes, através da qual serão fornecidos ~ 110 megawatts de dispositivos em constante funcionamento - bombas, ventiladores, seções de baixa tensão, etc.

A esquina do edifício é uma subestação de cargas constantes. O esquema prevê a conexão através de 4 transformadores e a distribuição de energia a uma tensão de 22 quilovolts. Dentro das fileiras maçantes de armários e, surpreendentemente bem - comissionamento do sistema de controle

• No local, continua a construção de um sistema adicional de galerias subterrâneas - resultado do processamento regular de projetos de fornecimento de energia e refrigeração de equipamentos. Em 2019, essa atividade deve terminar e o site se tornará cada vez mais bonito (no entanto, na minha opinião, a arquitetura dos edifícios já é incrível).

• O sistema de remoção de calor (com capacidade de 1.150 megawatts) em 2018 foi concluído na parte de construção - e, embora haja um atraso de pelo menos seis meses atrás do cronograma, provavelmente será lançado em 2020.

Um panorama da construção de um sistema de rejeição de calor para a primavera e um modelo do que será instalado aqui. Em geral, o sistema consiste em 20 torres de resfriamento, duas piscinas enterradas para água fria e quente e mais de 30 bombas e trocadores de calor potentes.


O mesmo no final do ano. As torres de resfriamento já estão sendo montadas, mas ainda não começaram a montar tubulações e equipamentos.

Fabricação de equipamentos

• O primeiro elemento a partir do qual a montagem do tokamak começará em 2020 deve ser a base do criostato colocado no anel de suporte na parte inferior do eixo do reator. Tendo ficado neste anel, posso observar que o diâmetro de 30 metros da peça apaga completamente a sensação de que este é um produto para construção de máquinas. Em 2019, a base do criostato deve ser concluída na geometria básica, no entanto, como me parece, soldagem de pequenos elementos - montagens de sensores, blindagens térmicas, cabos, etc. não permitirá que, no 1º trimestre de 2020, comece a montagem do reator. No entanto, muitos outros problemas competem por essa mudança de data.

No momento, o fundo da base e o anel de apoio estão prontos e há uma exibição e soldagem da carcaça intermediária de 5 metros de altura


Minha armação de tiro está soldando dois segmentos do anel. Aqui a espessura chega a 200 mm, porque os suportes da câmara de vácuo e dos anéis toroidais (de fato, o reator inteiro pesando cerca de 15.000 toneladas) permanecerão nesse anel. Neste anel, muitos furos bastante grandes ainda precisam ser perfurados para a fixação dos parafusos - isso pode ser feito após a soldagem de toda a base e a reconciliação da geometria.

• Na próxima rampa de lançamento com a base em 2018, o segundo "detalhe" do criostato, o cilindro inferior, foi montado a partir de baixo. Em geral, esse momento é agradável, a soldagem levou cerca de 1,5 anos e cumpriu o prazo.

Repito, as fotografias não são capazes de transmitir a escala desses detalhes. Mesmo com o conhecimento animado e preliminar dos tamanhos, isso não parece ser um produto de engenharia.

• O impressionante progresso na produção de ímãs supercondutores do ITER continua, nunca me canso de repetir - os ímãs mais ambiciosos da história da humanidade. Se 2017 terminou com a disponibilidade do primeiro pacote de enrolamento (isto é, a parte supercondutora) e o primeiro compartimento de força do ímã do campo toroidal , até o final deste ano, o crioteste do pacote e montagem da bobina do campo toroidal no compartimento foi realizado.

Semicase de um ímã toroidal.



Em 2019, neste gabinete combinado, é necessário soldar todos os fechamentos, preencher o espaço entre o saco e o gabinete com resina epóxi, realizar o processamento mecânico do gabinete até o tamanho final e realizar testes finais - no final de 2019, a primeira (de 18) bobina TF irá para o local de instalação, que será uma grande vitória.

• Ao mesmo tempo, a produção continua de bobinas um pouco mais fracas e mais simples (mas não menos grandiosas em tamanho) do campo poloidal - PF6 na China (todos os biscoitos estão prontos, ou seja, os módulos nos quais é montada, toda a estrutura está sendo montada), PF5 no local do ITER (6 em ​​cada 8 biscoitos já foram enrolados), PF1 na Rússia .

Um modelo em 1/8 da futura bobina supercondutora PF5 feita da primeira parte serrada do biscoito experimental cortado no fundo de uma câmara de descarga a vácuo para impregnar o isolamento de todo o conjunto. À direita, você pode ver o centro de ensaio e o teste da bobina futura, que ocorrerá um pouco mais de um ano depois.

• Nos Estados Unidos, continua a criação do maior ímã do mundo - o solenóide ITER central de 1.000 toneladas, que consistirá em 6 módulos. Em 2018, a criação e o ajuste da última estação tecnológica de produção (criostato, onde os módulos serão testados quanto à estanqueidade e capacidade de suportar a corrente de trabalho) foram concluídos, um modelo de cobre foi testado nele, após o qual foi serrado e garantiu que toda a produção fosse executada corretamente. Já em 2019, o primeiro módulo passará por toda a cadeia e, no total, 5 de 6 já estão em produção.

Layout serrado do módulo solenóide central. Mais de 400 voltas de um cabo supercondutor com uma corrente máxima de 55 kiloamperes em uma jaqueta de aço muito rígida são separadas por isolamento elétrico de fibra de vidro, que deve suportar até 15 quilovolts sem avaria.

• O sistema magnético ITER terá um elemento de potência para serviço pesado de seis anéis de fibra de vidro com um diâmetro superior a 5 metros e uma seção transversal de 350x350 mm, que fornecerá a rigidez necessária do sistema magnético contra forças repulsivas de motores de lagoa. Para testar os anéis em 2018, foi construído um estande que poderia criar uma força de ruptura de 36.000 toneladas.

• Em 2018, a Europa concluiu a criação de um protótipo da maior bomba de criossorção do mundo - uma bomba de vácuo, que garantirá a manutenção de um vácuo de trabalho em uma câmara toroidal. Foi assinado um acordo para o fornecimento deste, um dos principais elementos do tokamak.

Testes de uma bomba de criossorção em laboratório. O peso do dispositivo é de 8 toneladas, comprimento 4 metros, diâmetro - 1700 mm.

• Também na Europa (responsável pela criação de quase metade do equipamento ITER), em 2018, foram fabricados um protótipo de cassete de desvio e um dos alvos do plasma de desvio. Deixe-me lembrá-lo de que o desviador é responsável por bombear o plasma para a limpeza constante de “cinzas termonucleares” - excesso de hélio e impurezas que o plasma retira das paredes.

Caixa do cassete do desvio. No interior, essa coisa será resfriada pela água (é oca) e, em cima dela, serão anexados três alvos para o plasma recebido, coletados dos blocos de tungstênio, dentro dos quais são colocados os tubos de resfriamento. No total, o desviador consistirá em 54 desses cassetes.



Um dos três alvos de plasma de tungstênio feitos na Europa durante testes térmicos na NIIEFA de São Petersburgo, no estande de Cephei.


Blocos de tungstênio de superfícies de desvio

• Parece-me que a tendência importante em 2018 foi o desenvolvimento da produção de muitos pequenos elementos do ITER - principalmente sensores de medição: campo magnético, correntes, temperaturas, fluxos de hélio líquido.

Nesta foto - um sensor de campo magnético projetado para instalação em condições adversas dentro de uma câmara de vácuo (radiação, temperatura de até 200 ° C, vácuo).

• Em 2018, a China fabricou os primeiros suportes magnéticos - juntamente com o fato de serem apenas grandes produtos complexos de aço inoxidável, eles também são resfriados ativamente e geralmente requerem processamento de metal não trivial. Além disso, a China está concluindo a criação do primeiro ímã corretivo supercondutor, um dos 18, necessário para melhorar a uniformidade do campo magnético e reduzir a perda de calor no plasma.

O ímã de correção é abaixado em sua caixa de energia


O suporte da bobina toroidal que foi montada acima. Em operação, a parte superior deste suporte será resfriada a ~ 30 K e a parte inferior terá quase a temperatura ambiente.

• A Coréia do Sul também está envolvida em trabalhos em metal no projeto, que não conseguiu concluir o primeiro setor da câmara de vácuo em 2018, um produto extremamente complicado, com mais de 300 toneladas, que é um vaso de parede dupla de dupla curvatura com paredes de 20 a 60 mm. Atualmente, a fabricação de uma câmara de vácuo está claramente no "caminho crítico", isto é, determina o tempo do projeto.

As proteções térmicas resfriadas ativamente separarão a câmara de vácuo quente e os ímãs supercondutores frios. Graças ao vácuo e ao resfriamento ativo com hélio para ~ 90 K, eles reduzem a carga térmica nos ímãs em ~ 100 vezes. Na foto - o primeiro setor de telas coletadas na Coréia do Sul.


Mas a pequena parte européia da futura câmara de vácuo (essa é a parte da parede que forma o cilindro interno ao redor do orifício central do toro é um dos 9 segmentos desse tipo)

• Enquanto isso, na Rússia, em 2018, os testes dos comutadores de corrente de alta velocidade mais legais, com 45 quiloamperes e 8 quilovolts, foram testados com sucesso - são necessários para criar os saltos do campo magnético necessários para o lançamento de um tokamak. Nos próximos anos, é necessário colocar várias dezenas desses blocos no site para instalação no site ITER.

• Além disso, eles continuam produzindo e testando tubos de rádio girotrons - megawatt, 8 dos quais devem ser fornecidos pela Rússia e que garantirão a quebra e o aquecimento do plasma em um tokamak. É interessante que ambos os sistemas de aquecimento por radiofrequência exijam fontes de corrente direta potentes de alta tensão, e também tiveram sucesso em 2018, por exemplo, um conjunto de fontes para um par de girotrons foi testado com sucesso na Europa.

• Finalmente, as notícias sobre o Laboratório de Teste de Feixe Neutro ( NBTF ) em Black ... uh, na cidade italiana de Pádua. Feixes de deuteron neutros com uma potência de mais de 30 megawatts são o subsistema mais importante de aquecimento de plasma e um dos nós de mais alta tecnologia. Este ano, o estande SPIDER foi colocado em operação no laboratório NBTF, onde deveria ser iniciado o desenvolvimento de feixes de íons negativos de longo prazo com uma corrente de até 40 amperes (isto é ~ 4 vezes maior que o registro atual) da geometria necessária.

SPIDER stand - um barril de vácuo no extremo próximo do qual uma fonte de íons negativos está instalada. Nesse lado, todos os tipos de comunicações elétricas e hidráulicas são visíveis.


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

MITICA — , , , 200 .


MITICA, -1 .

Conclusão

Os problemas que aparecem constantemente, o escorregamento de termos na estrutura do ITER, é claro, causam ligeiras decepções e dúvidas, no entanto, como me parece, esse é o carma de qualquer grande projeto, ainda mais recorde em muitas áreas ao mesmo tempo. O principal é que o projeto está avançando e avançando bem para a maioria dos itens de equipamento, cumprindo-o no prazo e com os parâmetros certos. Esperemos que as dificuldades emergentes com o planejamento do trabalho e a instalação de equipamentos no local do ITER desapareçam e a data do primeiro plasma em dezembro de 2025 não seja muito frustrada. Bem, continuarei falando sobre o projeto e, em particular, em breve escreverei um relatório detalhado sobre minha viagem ao site.