⛩️ 🛁 🥞 ITER：诊断程序集 👩‍🍳 🐖 🛀

问问自己，“为什么ITER需要这么长时间才能建成”？如果您老实地阅读了有关该项目的说明，那么想到的第一件事就是“这是一个极其复杂的安装”。

今天将要讨论的ITER反应堆的十二个诊断组件之一

，工程结构的复杂性很难测量，与算法不同。。从历史上看，人类不断地使其结构，机器和系统变得复杂，并且通过将其分解成较小的作品并并行执行并标准化所获得的经验，一直在与日益增加的复杂性作斗争。可以举例说明第一种方法，例如：建筑物的设计不是通过绘制具有所有要素（结构，电气，通风，立面，水通讯等）的现成部件来完成的，而是与不同人的共同概念相平行的。第二种方法体现在标准组件的使用，现成算法和解决方案的开发（“用于铜线布线的最大电流值为8-10安培/ mm2” –每个人都不需要调查哪个电流不会引起火灾的问题，这已经在规则和规章中作了规定开发人员）。

但是，工程任务的分解和并行化有一个明显的缺点-每增加一个人，收益就会下降。开发过程中的通信，故障排除和同步占用了更多的工时。

在分解不容易，存在许多相关问题的情况下尤其糟糕，解决一个问题的方法会导致重做另一个问题。在实践中，当许多不同学科在同一点汇合时会出现这样的困难，这些学科由彼此不太了解的不同专家占据。例如，如果要设计图纸，则必须考虑中子物理，热力学和热工液压，电磁力的计算，同时还要考虑大量工程学科的要求-真空技术，压力下核容器的可靠性，可制造性和收集性，维修机器人的可能性……看来您了解哪种安装方式我说

今天，我们将讨论诊断程序集，也称为“诊断插件端口”-比主要的ITER系统要华丽得多，但是设备却非常复杂和精密。

ITER平面图。在反应堆竖井的中心，围绕它的是端口室（端口单元），可以在其中插入加热系统，测试毯组件或诊断组件

ITER中的诊断是指测量某些等离子体参数的设备（即等离子体，用于测量机器状态的传感器称为“仪器”）。即实际上，这些是反应堆的科学装置。例如，它可以是中子监测器，用于测量来自等离子体的中子通量，表征反应堆的热核功率。或微波反射仪接收等离子线上温度和等离子密度的曲线。 ITER将总共安装47种所有可能类型的诊断系统（仅反应堆安装了上万个仪表传感器）。

ITER结构规模的诊断系统（以绿色突出显示）。设备的物理部分组装在端口的诊断组件中，并且电子设备和服务器位于单独的附属建筑物中

由于托卡马克中的等离子体被真空室和强大的磁体包围，因此只能通过这两个系统中的孔进入等离子体。在国际热核实验堆中，开口称为港口，分为三个层次：下层是分流器，中间是赤道，上层是上层。总共有44个港口：9个转向器，17个赤道和18个上层。

进气孔，连接管，真空室。顺便说一句，要注意连接管上的口琴，它们是用来补偿冷却期间反应堆尺寸的变化以及等离子分解所引起的任何运动的

端口。这些端口有不同的用途：您可以通过它们观察等离子加热系统（例如射频，例如天线）IRCH），低温吸附泵将占据4个分流器端口，圆环内部的机器人将可进入，赤道的3个赤道端口将由繁殖毯的实验组件占据（将生产锂tri，并将评估该毯的各种工程变体），最后赤道6个和11个上端口将忙于诊断。

赤道端口号1的诊断组件的位置。带有灰色管的部件是径向中子室，用于接收等离子体中子场的低分辨率中子图像

对于每个诊断端口，都会制作一个端口插件-长的组件，重达150吨，可以由ITER机器人服务系统安装和拆卸。该组件包括多达10台科学仪器，它们可以保护和冷却中子以及等离子体的电磁辐射，必要的通讯等。

新西伯利亚INP开发的11号赤道诊断组件。组装长度-约17米。

由于它们在端口插件中的位置，许多学科的相互冲突的要求趋于一致。让我们从列出它们开始：

端口插入件包括前部真空部分（称为插入端口）和后部大气部分（称为端口摄像机插入），这意味着所有通信都被真空密封的百叶窗，窗户等中断。同时，端口塞的真空部分必须满足ITER圆环的超高真空的极端严格条件，这意味着诸如材料选择狭窄，不存在封闭腔体（可能会腐蚀空气残留物）等要求，例如盲螺纹，需要清洁整个真空块的有机物。安装在反应堆中之前会造成污染。

因此，所有的光/微波路径都必须穿过这种真空密封的窗口，并且电连接器必须制成带有安全真空的中间腔。

端口插入件的整个设计（包括科学家的精密光学系统）必须由精度较低的机器人组装，这意味着所有需要精确安装的系统都必须能够调节-具有可移动的反射镜。此外，所有通信的对接也应自动完成-事实证明，这种类型的系统非常非常自动化，世界上尚无人做到。

ITER工程学的噩梦之一是将等离子体辐射传输到移到尾部的精密光谱仪上的光学系统。这是热变形的问题，对准的问题，清洁光学器件的问题以及中子通量和光通量的“分离”问题。

整个结构将比核反应堆受到更严重的中子辐射，因此钢，水和碳化硼的中子护罩将位于前面。为了使组装结构不会变成高放射性废物，必须削弱向端口塞子背面的中子辐射1000万倍。在这种情况下，有必要弯曲诊断程序的所有查看等离子体的通道，以使中子无法直接通过这些通道返回。如果通道不能弯曲（例如，对于X射线，γ射线，中子辐射，则没有反射镜），则必须用独立的中子保护元件将其包围。

端口插件中最受热负荷的元件的热工液压计算示例（诊断保护模块）

这是优化光学组件冷却的一个示例，

防止中子和电磁辐射（称为DZM的诊断保护块和DPS的诊断第一壁）的保护层将暴露于热核反应产生的强大热流中，该热核反应持续数米。

热负荷可能达到几兆瓦，而且非常大-这意味着所有端口插头的设计都必须刺穿带有流动水的通道以进行冷却。

如果发生等离子体破裂，端口插头的功率将感应出数十万安培的电流，这不仅会导致额外的热量，还会产生数千吨的电磁力（由于与托卡马克的磁场相互作用），因此必须进行计算，考虑和设计设计，使其可以承受这些努力。

电磁计算DZM上端口。与ITER磁场相互作用的电流从数十吨力的力巢中产生“撕裂”的DZM。

是的，由于反应堆中存在presence，因此端口塞是不扩散的屏障。有必要向法国原子监视部门证明，在所有可能的载荷（例如地震）下，屏障都不会破裂。

并且诊断所有将在此设计中出现的焊缝，以表明它们不会泄漏。拼图几何使这项任务变得复杂，其中几乎不可能从两侧进行一些接缝来进行X射线控制。

让我提醒您，此设计应至少工作15年，并且最好由访问时间有限且穿着防护服的人员进行维修，最好由机器人进行维修。

冷却通道DZM的热工水力计算。从在窗户上钻盲孔金属，到随后焊接窗户，这是工程毯和端口插件领域中的另一主题。

你们几个现在想象一下，此安装的工程是由位于法国，俄罗斯，印度，美国和韩国的团队完成的。

结果，即使是最细微的设计变更，也都需要大量的重新计算，批准和最有可能的以下设计变更。

俄罗斯负责科学设备的集成以及11号赤道港口嵌件（我们将讨论的8个科学系统）以及2号和8号上端口的设计。“集成”是指开发和制造将结合8种诊断方法的设计。并将满足上述所有要求。这项工作是由新西伯利亚核物理研究所（INP）进行的，大约有30人参与其中。在INP团队正在为卡达拉什（Kadarash）项目的初步保护做准备的同时，保护11号赤道港口设备技术设计所需的原型的实际生产将在几年内开始。

赤道11号端口是第一个安装在反应堆上的ITER诊断组件，此处收集了用于分析机器中等离子体行为的第一个等离子体（计划于2025年12月）所需的诊断信息。这些包括：

弱场反射仪（美国）是微波宽带雷达（15-220 GHz），用于研究等离子体剖面上电子密度的分布。等离子体密度和温度特性的重要诊断指标。
残留气体分析仪（美国）-一种质谱仪，用于测量抽气后留在真空室内的气体的化学成分
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印度X射线晶体光谱仪

八种诊断的元素以三个模块的形式组装在一起，这些模块已经连接到ITER端口：端口插头，端口延续的支撑框架（OPOP），端口摄像机的支撑框架。最难开发的是端口塞-组件的真空部分，其重量不能超过45吨。

端口插头由ITER-IO提供的外壳，诊断端口的第一壁保护端口免受电磁辐射（此处的10 mm铍位于强烈冷却的铜基上）和等离子体，以及吸收中子辐射的诊断保护模块-原则上在结构上该插件类似于安全模块和ITER毯子的第一面墙。

将组装好的端口插头插入端口（最好在机械手的帮助下），并用螺栓法兰密封，法兰本身也由带有安全真空的盖盖封闭。将诊断路径（以及冷却管线，端口插头仪表电连接器，用于镜面对准的轴和拉杆等）的延续部分连接到端口插头法兰上的真空窗口的第一支撑框架连接到端口板上。所有这些元件在结构上都位于低温恒温器内部，即在反应堆竖井中。在第一支撑框架的后面有一个生物安全塞，可防止血浆和活化反应器结构的伽马射线辐射，在它后面的是第二框架，其中有很多测量设备。

端口插头的真空法兰及其诊断路径和冷却管线的对接机械化。

有趣的是，迄今为止，没有一个端口积分器满足最大重量45吨的端口塞和中子通量衰减10 ^ 7倍的要求。这些要求被包括在初步的ITER项目中，认为是可行的，但实际上，证明不可能通过钢水保护来满足这些要求。现在，碳化硼保护已被引入端口塞的设计中-尽管这对于反应堆的真空来说是不理想的（硼在中子通量下释放氦气，需要将其抽出，这给ITER真空系统带来了计划外的负载）。

这一集再次表明，在将任务粉碎为小规模任务的阶段，这种复杂系统的分解和并行开发总是会因缺乏共识而偶然发现。

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端口插入式集成商的重要计划是ITER是核设备。不仅需要保护免受电离辐射，而且还必须从托卡马克真空室中形成不扩散屏障，即在第一次热核运动后，室内的和来自结构的放射性尘埃会积聚。从实践的角度来看，这意味着整个结构必须按照法国核法规ESPN和RCC-MR 2007的规定进行认证。而且，不仅结构，而且设计者的方法，知识和技能，质量体系-文书工作量都可以与之媲美。设计工作量。

赤道11号口的诊断组件将部分由ITER-IO的标准组件以及INPP在其工厂生产的组件组装而成。例如，这是一个用于测试碳化硼中子保护块的篮子的原型。

在该项目下，INP将实现现代化生产，包括配备一个相当大的组装和测试场地-我记得这里最重的零部件重达45吨。

我认为看一下类似复杂程度的铁的生产和测试将非常有趣。我不怕说，今天的发展决定了工程复杂性方面人类的新记录，并为可能的范围设定了界限。

ITER：诊断程序集

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