🍠 🥉 👩🏽‍🤝‍👩🏼 ITER低温系统 😬 👩🏿‍🤝‍👩🏻 👩🏽‍🏭

国际热核实验堆国际热核反应堆是法国南部目前正在建设的最雄心勃勃的科学设施。托卡马克的许多元素都以“唱片”，“同类首创”，“世界上最强大”为前缀。例如，某些单元需要十多年的研究和原型制造才能达到所需的参数。但是，很难期望简单的辅助系统（例如水冷或科学综合体的电源）会打破一些记录。但是，提供冷却至液氦温度的ITER低温系统将成为世界上功能最强大的系统，其主要用户是反应堆超导磁体和带有低温阱的真空泵。。真空管道的公里数，内部管道装有液体和超临界氦气，泵在高于绝对零值4度的温度下运行，以及配备像铁路坦克一样大的双轨船中的设备-让我们更详细地了解一下。

因此，像ITER一样的托卡马克的主要问题之一是它们巨大的超导磁体的冷却。维持4.5K的温度是一项非常耗能的工作-对于每一个热流焦耳，我们必须在冰箱的运行上花费500焦耳。如果磁体没有以任何方式绝热，则数十亿瓦特的功率将进入ITER低温系统的运行。因此，冷却与设备的内部和外部热量“深度隔离”。

“ cryocombine”的概述-世界上提供ITER冷冻制冷剂的最强大的制冷系统。

首先，将整个反应器浸入低温恒温器的真空体积中。这使您不必考虑热量从空气传递到磁体的问题。反过来，低温滤网-镀有冷却系统的镜面钢板温度为80K，可防止热辐射。

隔热屏，从各个侧面“包裹” ITER超导磁体。

因此，超导磁体自身仅以80K的温度（而不是300甚至520K-托卡马克外部元件被加热到的最高温度）在其表面周围“看到”，这使到磁体的热通量减少了约10倍。低温屏幕的形状复杂，它们本身就是ITER冰箱容量的消费者。

冷冻屏的最早系列元素之一，最近在韩国制造。

最终，通过泵送穿过每个磁体的液氦吸收了来自外部的少量剩余热通量（用于包裹磁体的电缆以相当棘手的方式制成）。另外，磁体中的热量是由电流的快速变化（对于CS和PF磁体而言是典型的）以及来自反应堆的中子辐射引起的。

ITER环形线圈的超导电缆。螺旋内部以及股之间的可见空隙是用于液氦的。

冷却后的磁铁在运行中发出的热功率为110千瓦，这意味着冰箱的功率至少应为55兆瓦。但是，ITER小组使用了这样一个事实，即ITER将以脉冲模式运行-每半小时一次一次“射击”，持续时间长达700秒，以降低冰箱所在的冷冻机的功率和成本。

磁铁是感冒的主要消耗者。氦气和磁铁电流输入的安排。

这样，平均热量输出在4.5K的水平上降低到65千瓦，因此有必要通过组织装有吸收峰值负荷的液氦的储罐来为此付出代价。液态氦的消耗者是低温吸收和低温冷凝真空泵，回旋管磁体，这是一组单独的消耗者，在温度为50开尔文（超导输入），80K低温筛时，有一些冷的消耗者。

另一个重要的消费者是低温泵（底部面板为绿色）。

向整个系统提供制冷剂的冷冻室位于一栋单独的建筑物中。它分为液氮生产能力，而液氮生产能力又从液氦生产车间排出多余的热量。通常，氦气和氮气设备的运行原理相同-压缩机压缩气体并加热，然后将多余的热量排放到外部回路中，然后再送入涡轮膨胀机，在此进行膨胀和冷却。

Heliummash生产的氦涡轮膨胀机。在氦气液化器中，ITER低温工厂将大致相同。

从压缩机到涡轮膨胀机并返回的气体流被推入另一个对流热交换器，从而逐渐降低涡轮膨胀机出口处的气体温度以冷凝。同时，涡轮膨胀机和热交换器位于专门抽成真空的“冷量”（或英文的冷箱）中。氮气车间的热容量为1.3兆瓦的热量，相当于每秒液化5公斤氮气。氦功率仅为65千瓦，它是世界上最强大的系统。它由3个并行操作单元提供，每个单元包括6个压缩机和2个涡轮膨胀机。

低温组合的简化方案。

氦气液化管线的冷量为4x22米，比铁路储罐还大！

组装液氦生产设备的三个冷量之一。

准备好的低温液体和气体会按照特殊的路线输送到托卡马克大楼，当然这些路线的安排很狡猾（如果您只是在ITER项目中做某事，就会因不合适而被赶出场）。这是一根直径最大为1米的真空管，其中拉伸了具有不同温度和相态的氦气的管线-温度为4.5 K的超临界氦气，5.3的气体回流，50、80 K的气体回流，300 K

的回流，印度工厂中的冷冻管线布置图。

但是不幸的是，困难并没有就此结束。寒冷的消费者-ITER的各种要素需要对制冷剂的温度，压力和流速进行复杂的控制。为此，托卡马克大楼内约有50个冷阀箱，它们混合，分离，重新定向低温液体和气体的流动。此外，ACB的5个大辅助冷量（每个大型磁体和低温泵系统一个）将包括低温泵，热交换器和液氦缓冲罐。

托卡马克建筑中制冷剂分配系统的简化图。

并充满了ACB之一！

该网中的另一个子系统是沸腾的氦气排放管线，如果丢失了一些超导磁体，则需要使用这些管线。但是，ITER磁性和低温系统的设计方式是，仅需几个小时即可在重置后恢复托卡马克。

设计图片ACB。

想象所有这些如何工作很有趣。在启动低温组合后，冷却管线和冷却箱，将低温恒温器泵出至10 Pa的压力。低温吸收泵充满液氦，并使低温恒温器中的压力达到10 ^ -4 Pa。然后开始以每小时0.5K的速度将磁体从零开始冷却到80K。磁铁冷却100度后，便开始冷却热筛（此顺序是必要的，以防止空气和水在冷冻筛上凝结）。 2.5周后，整个系统达到液氮温度，这是ITER中期服务停止的基础。同时，三分之二的氦气厂和1/2的氮气厂工作。进一步冷却到4.5 K需要一个星期，然后您可以给磁铁充电并开始等离子操作。同时，托卡马克操作本身每天要进行16个小时，在此过程中，将进行多达40次“喷射”，并启动8个小时的真空和冷冻系统恢复，在此期间，冷冻吸附泵将由泄漏的空气和湿气完全再生，并补充液体储备ACB储罐中的氦气。

来自各种元素和操作的热负荷。

迄今为止，整个冷冻系统项目的开发已经完成，研究工作已经完成，合同已经签发（主要部分由法国液化空气集团接收），设备制造甚至已经开始-例如，住友精密产品公司在7月向液化空气集团转让了首批2台（共6台）80K热交换器，提供氮液化的能力，并在年初开始制造了那些非常冷的液态氦植物的壳。

组装三个氦气液化厂之一。白色圆筒-冷真空体积。

反过来，今年6月在国际热核实验堆（ITER）现场开始建造冷冻复合机设备所在的51.52号建筑物，该建筑物将持续到2017年夏季。在印度，正在制造一部分用于制冷剂和各种冷藏箱的分配管线的模型，而明年第一批冷冻管线的元件将开始到达现场。

ITER低温系统

More articles: