Прошедший год, конечно, сильно выделяется силой нарушения привычного хода вещей и количеством внезапно возникших проблем.
Эти проблемы могут быть особенно серьезными для крупного промышленного проекта, охватывающего 35 стран и зависящего от государственного финансирования.
Тем не менее, можно сказать, что ITЭR с честью преодолела пандемические ограничения и трудности.
Строительство, монтаж, производство, координация и общение участников из разных стран – все это быстро перестраивалось по мере изменения ситуации, и в результате прогресс проекта в 2020 году оказался весьма впечатляющим.
Проекту повезло с финансированием, поэтому главный отстающий — США — в 2020 финансовом году увеличил вливания в проект даже сверх своих прямых обязательств, покрывая долги, накопленные за предыдущие годы.
Все это привело к впечатляющему технологическому прогрессу, в который мы и погрузимся.
Строительство
Раздел «Строительство» раньше занимал не менее половины всего годового текста, но теперь его время явно поджимает, после завершения строительной части проекта.По итогам 2020 года сданы в эксплуатацию 16 из 18 зданий «пускового минимума 2025 года» и начато строительство 17 – здания управления, где будет располагаться ИТЭР и ИТ-инфраструктура «ЦУП».
Однако необходимо отметить главное событие, произошедшее в 2020 году – завершение «здания токамака».
8 января 2020 г.
– строители заканчивают металлоконструкции надстройки здания токамака и приступают к облицовке.
Отставание от графика 2015 года составило ~6 месяцев.
Это здание является центром всего комплекса, самым тяжелым и сложным построенным объектом.
120х90 метров в плане, 7 вертикальных этажей, вес ~300 тысяч тонн, ~250 миллионов евро, строительство которого заняло около 7 лет. 
Декабрь 2013 г.
– начало заливки пола нижнего подвального этажа комплекса зданий токамака.
Окончательная металлическая конструкция, закрывающая реакторный зал и обеспечивающая путь для огромных мостовых кранов, была собрана всего за шесть месяцев, а в феврале 2020 года начался демонтаж временной стены между залом предварительной сборки и зданием токамака.
30 марта, за день до назначенного срока, в здание токамака вошла пара мостовых кранов грузоподъемностью 1500 тонн, официально соединив его с соседом.
Краны с испытательной нагрузкой ~1000 тонн впервые перемещаются из здания предварительной сборки в реакторный зал.
Следует отметить, что к зданию токамака плотно примыкают 2 крыла - корпус диагностики с юго-запада и корпус тритиевой фабрики с северо-востока.
Первый был достроен еще в 2018 году и с тех пор обживается, но тритиевый корпус замерз на уровне этажа Л2 примерно в это же время, в 2018 году.
Причины этого не называются, но подозреваю, что еще один всему виной перепроектирование систем.
Однако тритий понадобится в проекте ITЭR не ранее 2030 года, так что время для завершения еще есть.
Сборка и установка
В 2020 году на площадке Кадараш заметно увеличился объем работ по сборке и монтажу элементов системы IT&R, от банальной электрики до весьма специфических частей будущего реактора — например, криоэкранов.Но обо всем по порядку.
Рендер здания токамака со всей (или большей) насыщенностью.
Видны бежевые линии кабельных лотков, желтые - шины и коммутация, синие - охлаждающая вода, синие - криогеника, бледно-зеленые - вентиляция, темно-зеленые - научное оборудование, красные - системы отопления и т.д. Все специализированные системы ИТ-Р, такие как преобразователи магнитной энергии, СВЧ-электронно-циклотронный нагрев или диагностические сборки, зависят от более базовых сервисных систем, из которых можно выделить четыре: электропитание, отвод тепла, подача криожидкостей и вакуума.
Совершенно очевидно, что без внедрения этих подсистем ввод в эксплуатацию всего остального невозможен.
Самым основным, очевидно, является источник питания, без которого не будет работать ни теплоотвод, ни криогенная установка, ни вакуумные насосы.
Еще в 2019 году было введено в эксплуатацию распределительное устройство 22 киловольта, отвечающее за ~110 мегаватт потребителей, в основном сервисных нагрузок.
Большую часть площадки занимает «электрическая часть» ITЭR. Ближе всего к нам открытое распределительное устройство (ОРУ) на 400 киловольт, за ним расположены 7 входных цепей ИТ - справа 4 постоянные нагрузки, слева 3 импульсные нагрузки.
ОРУ-22 кВ расположено справа за трансформаторами, слева за ОРУ-66 кВ и за ним здания магнитопреобразователей.
В крайнем левом углу находится система компенсации реактивной мощности.
Центр нагрузки 14, введенный в эксплуатацию в 2020 году, отвечает за питание низковольтных потребителей систем радиочастотного отопления.
В 2020 году создание данной подсистемы продолжилось строительством и монтажом центров нагрузки – локальных вводно-распределительных устройств, расположенных вблизи основных потребителей (криогенная установка, система сброса тепла, радиочастотный обогрев и цех предварительной сборки).
Также была произведена подтяжка потребительских кабелей.
Мрачное фото из подземного канала, в котором видно множество кабелей напряжением 66 киловольт, идущих к потребителям.
В целом в ITЭR таких подземных галерей около 3 км.
Вторая часть системы электропитания представляет собой «систему питания переменной нагрузки» ППЭН, включающую в себя в основном системы нагрева и контроля тока в магнитах.
В момент плазменного выстрела эта часть будет потреблять до 500 мегаватт мощности из национальной сети, а внутри магнитной системы будет циркулировать до 2 гигаватт мгновенной мощности.
Здесь в 2020 году смонтировано крупное ОРУ на 66 киловольт, подтянуты кабели к основным потребителям (магнитопреобразователям и зданию радиочастотного отопления) и смонтировано оборудование станции управления реактивной мощностью, по сути - комплекс коммутируемых конденсаторы и индукторы, которые будут обмениваться энергией с гигантскими катушками сверхпроводящих магнитов ITЭR, снижая нагрузку на национальную электросеть Франции.
Здания магнитопреобразователей при монтаже оборудования.
Аллея измерительных трансформаторов тока и конденсаторных сборок активных фильтров системы компенсации реактивной мощности.
Готовность энергоподсистемы позволила в течение 2020 года существенно продвинуться в монтаже крупнейшего потребителя электроэнергии – системы сброса тепла.
В момент проведения мощнейших термоядерных экспериментов эта система будет получать до 1150 мегаватт как термоядерного тепла, так и тепла механизмов и систем.
Тепло будет выделяться в размере 500-600 мегаватт через 10 вентиляторных градирен, а разница будет амортизироваться в горячем и холодном бассейнах.
По всей территории ITЭR уже проложены трубы трех контуров теплоносителя, что обеспечивает около 10 точек теплообмена холодной воды.
Как год назад очень радовали фотографии первых единиц установленного оборудования, так и в конце года радуют глаз функциональные испытания этого оборудования.
На фото бассейн с холодной водой под градирнями.
В ноябре водные бассейны были успешно проверены на герметичность, а в декабре начался пуск в эксплуатацию довольно сложного комплекса из 27 насосов, 20 теплообменников, системы водоподготовки, сотен датчиков, десятков приводов клапанов с общим потреблением до 67 мегаватты.
Ожидается, что в первой половине 2021 года эта система будет готова обслуживать часть потребителей, в частности криогенную установку, еще одну важную сервисную систему ITЭR. 
Криогенная установка ITЭR станет крупнейшей концентрированной криогенной установкой в мире (криосистема LHC еще больше, но она разделена на несколько блоков).
В его состав входят парк газгольдеров и криожидкостных резервуаров, генератор азота, 2 азотных компрессора, 2 колонны сжижения азота, 18 гелиевых компрессоров, организованных в 3 линии, системы очистки гелия от нефти и воды и, наверху, всего три вакуумных бокса для сжижения гелия.
2 из 4 «холодных ящиков» криогенной установки – вакуумные сосуды с размещенным внутри оборудованием для сжижения гелия – теплообменники, циркуляторы, испарители, турбодетандеры и т.д.
Уже из перечисления основных блоков становится понятно, что количество соединительных трубопроводов будет зашкаливать, а ввод в эксплуатацию не будет быстрым.
В частности, в 2020 году на криогенной станции монтажниками было смонтировано ~800 секций только криогенных трубопроводов (по «теплым» трубопроводам точной информации нет, но думаю, что их не меньше).
Также в 2020 году произошла подтяжка силовых и контрольных кабелей, установка силовой электроники.
Во второй половине 2021 года можно ожидать начала ввода в эксплуатацию криогенной установки – как раз в тот момент, когда система сброса тепла сможет принимать тепло от работающих компрессоров (до 30 мегаватт в пике).
Интересная деталь: на переднем плане расположены 5 электронагревателей общей мощностью 800 киловатт, которые нужны для быстрого прогрева сверхпроводящих магнитов до комнатной температуры при остановке установки на техническое обслуживание.
Есть правда одно – между криогенной установкой и зданием токамака должна быть проложена эстакада, по которой будут проходить трубопроводы с криогенным теплоносителем.
Но его строительство еще даже не началось, а потребителей в здании токамака пока нет. Таким образом, мы не увидим никакой выгоды от криогенной установки раньше ~2023 года.
Несмотря на видимую запредельную сложность, вся криогенная установка собирается из промышленно готовых систем, т. е.
всего здесь просто ОЧЕНЬ, но, по крайней мере, это не на грани фантастики.
Одним из ключевых потребителей криотемператур станет вакуумная система ITЭR. Это четвертый «служебный» кит, на котором держится функционирование токамака.
Например, с эвакуации начнется комплексная приемка сверхпроводящих магнитов и всего реакторного оборудования.
К сожалению, на конец 2020 года именно эта система отставала по срокам установки.
Осенью 2020 года только начались монтажные работы вакуумных трубопроводов, но в основном все его элементы находятся на разных стадиях производства.
В частности, активно производятся трубопроводы, задвижки, арматура, заказаны распределительные коробки и шкафы, а также заказаны некоторые типовые вакуумные насосы.
Также ведется производство нестандартных насосов – крисорбционных насосов «первой линии», криоконденсационных насосов, которые будут разделять изотопы водорода и гелия.
Ведется разработка важной системы мониторинга и обнаружения утечек, контракт на которую в 2020 году получили компании IDOM, 40-30 и Gutmar. 
Комплект вакуумных объемных анализаторов остаточного газа и внешние источники гелия/внутренние гелиевые детекторы должны обнаруживать и локализовать утечки вакуума.
Однако хватит о банальном.
Давайте посмотрим на более уникальные вещи.
В 2020 году начался монтаж шин для системы питания сверхпроводящих магнитов.
Это алюминиевые шины сечением от 100х160 до 400х700 мм с активным водяным охлаждением; Всего от двух корпусов магнитного преобразования до вводов токамака необходимо протянуть 24 двойные шины.
Следует отметить, что данные шины, их соединения и опоры, а также коммутационное оборудование производятся в России в рамках своего вклада в проект. Приятно увидеть «живое» железо, да еще такое наглядное :) 
Последние три фотографии — это шины в подвале здания диагностики (пристройка к корпусу токамака), где будет располагаться часть коммутационного оборудования.
В 2020 году практически завершен монтаж шинопроводов в здании конвертера и на нижнем этаже здания токамака.
Впереди монтаж вертикальных секций в шахтах здания токамака, на верхнем этаже и на двух мостах, которые соединят все воедино.
А вот так начинаются шины в здании магнитного преобразования - от преобразователей (видны только развязывающие дроссели и активная перемычка) и через мост к корпусу диагностики.
Кроме того, в здании токамака в 2020 году шел монтаж криолиновых секций, систем вентиляции и кондиционирования, труб водяного охлаждения, кабельных лотков и сотен опор для всего этого.
В общем, монтаж систем в здании токамака официально начался.
Без вентиляции и кондиционирования запустить хотя бы шкафы управляющей электроники не получится, поэтому установка этой системы заранее радует.
Еще одной небольшой, но важной вехой стал перевод ITЭR в полностью функционирующий цех поддержки (корпус B61).
Здесь имеются системы подготовки деминерализованной воды, сжатого воздуха и азота, чиллеры, производящие воду температурой 10 градусов и т.д. Это здание было построено первым на объекте (еще в 2016 году), а также первым в на котором были установлены все системы (в начале 2019 года), и сейчас он полностью введен в эксплуатацию.
B61 в левом верхнем углу кадра.
А справа в центре виднеется недостроенная на 4 этажа пристройка «тритиевого здания».
И наконец – к главному «редакторскому событию 2020 года».
Разумеется, речь идет о начале сборки самого реактора в его шахте.
Посмотрите это видео, где показаны основные этапы сборки токамака ITЭR: 25-26 мая, после ~месячной подготовки, самая тяжелая часть реактора - основание криостата (1250 тонн!) была перенесена в шахту и опущена в проектное положение на домкратах.
В середине апреля криостатную основу перетащили внутрь цеха предварительной сборки.
Далее была измерена фактическая геометрия зазора до бетонного основания и изготовлено ~100 проставок для выравнивания основания с точностью до 2 мм от горизонта.
И, наконец, в июне была установлена первая часть официальной части реактора – опоры, которые будут нести вертикальные, горизонтальные и тангенциальные нагрузки, которые щедро разделит электромагнитная часть реактора.
Интересно, что монтажом тяжелой по всем мировым канонам детали руководили инженеры китайской компании «Росатом» CNNC, которая в сотрудничестве с европейцами получила контракт на монтаж реакторной части.
ITЭR. 
31 августа состоялась операция переноса и установки нижнего цилиндра криостата, а в октябре 2 «детали» криостата начали сваривать друг с другом 90-метровым швом сечением 60 мм.
мм.
Тем временем в цехе предварительной сборки нарастала активность по изготовлению очередных элементов токамака.
В сентябре для подготовки был установлен первый из 9 секторов вакуумной камеры.
До конца 2020 года шли работы по снятию прецизионной геометрии сектора, перепроверке его на плотность вакуума, сварке опор сотен датчиков систем технической и научной диагностики, установке самих датчиков и их кабелей.
В начале 2020 года сектор (массой 440 тонн) планируется наклонить в вертикальное положение и установить на сборочном стенде, где он будет окружен вакуумными криоэкранами, а затем соединен с двумя тороидальными катушками.
О, да! Криоэкраны.
Если бы их не было в проекте ITЭR, стоило бы придумать что-то подобное.
Огромные посеребрённые конструкции с загадочными рисунками на них – что может быть лучшей иллюстрацией грандиозного научно-фантастического проекта? 
Нижняя цилиндрическая часть внешнего криоэкрана.
Справа можно увидеть коллекторы, из которых распределяется и собирается гелий при температуре 80К.
Ээлемент криоэкрана, отделяющий горячую вакуумную камеру от холодного магнита
В 2020 году подготовлены (и установлены на сборочном стенде) 2 из четырех секций криоэкрана вакуумной камеры и практически завершена нижняя цилиндрическая сборка, которая поместится внутри основания криостата и защитит сверхпроводящие магниты от тепло внешнего мира.
В начале 2021 года эту цилиндрическую секцию должны установить внутри криостата, для чего в нем уже установлено оборудование.
Обернутая секция криоэкрана на сборочном стенде, с помощью которой он будет установлен на сектор вакуумной камеры.
Помимо этой части, будет внутренний раздел экрана и два аналогичных слева.
В конце 2020 года также начался монтаж криофедеров магнитной системы – многометровых изделий, посредством которых в вакуум-криогенную среду вводятся ток, теплоносители, измерительные и управляющие сигналы.
Криосистема ITЭR на рендере 
А питающий элемент в реальности.
Наконец, я хочу добавить небольшую ложку дегтя в эту лужу меда.
Уже невооруженным глазом в документации видно отставание от запланированных планов.
Так, изначально к концу 2020 года планировалось установить 18 опор тороидальных магнитов (как и все в ITЭR — сложные устройства с активным охлаждением и хитрой характеристикой жесткости) китайского производства.
Тороидальная опора возле шахты реактора во время испытания на герметичность.
Еще в 2019 году китайцы изготовили первые 6 опор и пообещали прислать оставшиеся 12 к началу 2020 года.
Однако сейчас этот срок передвинулся на февраль 2021 года и уже напрямую влияет на график монтажа.
Также отстает катушка ПФ5, которая с 2017 года производится на площадке ИТЭР на специальном заводе.
В декабре 2020 года только установили криогенный стенд, а значит, в проектном положении мы ее уже не увидим.
Май 2021 года, первоначальный срок — февраль.
Установка ПФ5 в криостат, начало декабря 2020. Для меня интересной деталью является целый шкаф различных электрических соединений с ПФ5, использованный для теста.
Так что пока установка проходит лучше пессимистических ожиданий, но хуже оптимистичных, а дата первой плазмы в декабре 2025 года остается неясной.
Продолжение о производстве комплектующих и НИОКР во второй части.
Теги: #Популярная наука #Инженерные системы #физика #iter #термоядерный реактор
-
Радиообследование Зоны Покрытия Сети Wi-Fi
19 Oct, 24 -
Медийная Реклама В Рунете: +53% В Год
19 Oct, 24
