Добро пожаловать на брифинг о готовности ITЭR к первой плазме! Напомню, что у нас есть Информационно-справочная согласно проекту.
Могу отметить, что у нас сегодня хорошие новости – Конгресс США принял бюджет на 2020 финансовый год с резко увеличенным финансированием американской части ИТ? Р — 257 миллионов долларов.
После многих лет недофинансирования это отличная новость! В целом по итогам 2019 года можно констатировать, что до первой плазмы уже выполнено более 65% плана работ. Но самая трудная треть впереди.
Сайт ITЭR в октябре 2019 года.
Обратите внимание на белое кольцо на заднем плане возле серого здания.
Это 30-метровая (диаметром) секция криостата - вакуумного сосуда, в котором будет располагаться реактор ИТЭР.
- Итак, для запуска ITЭR нам необходимо:
- Специализированные здания комплекса ITЭR
- Ээлектричество, вода, воздух и другие объекты инфраструктуры
- Система отвода тепла
- Система подачи криогенной жидкости
- Подсистема питания сверхпроводящих магнитов, коммутационной матрицы и аварийных резисторов сброса магнитной энергии
- Токамак вакуумная и топливная система
- Криостат и тепловые криоэкраны
- Готовые сверхпроводящие магниты - всего 43 штуки
- Вакуумная камера, в которой будет гореть плазма
- Система измерения параметров плазмы, рабочих параметров оборудования, контроля и визуализации – тысячи датчиков и исполнительных механизмов и сотни стоек по всему комплексу
- И самое главное собрать все это воедино, установить, настроить и запустить.
У нас есть ровно 6 лет, чтобы сделать это.
Здание
Самым значимым событием 2019 года является закрытие здания токамака.Уже в марте 2020 года нам обещают, что строительство будет завершено и краны начнут перемещаться из здания предварительной сборки (открытого еще в 2017 году) в здание токамака и как следствие этого сборка реактора в реакторе.
начнется вал.
Высшего уровня!
Да, проект дошел до этого довольно долго – вскрытие котлована началось в 2010 году, заливка сейсмоизолирующего фундамента – в 2011 году, а строительство «рабочих этажей» – в конце 2015 года ( довольно длительная пауза была связана с реконструкцией здания после аварии на АЭС Фукусима).
И вот – проектная высота достигнута! Интересно, что по планам 2014 года это должно было произойти в июле 2019 года; в целом можно сказать, что задача была выполнена практически без задержек.
Внутри здания токамака доступ к шахте реактора будет перекрыт такими 60-тонными дверями, которые будут служить как для поглощения нейтронного излучения, так и в качестве барьера нераспространения радиоизотопов.
Из примерно 40 зданий и сооружений, необходимых для первой плазмы, почти все уже готовы или находятся на завершающей стадии строительства.
Из неготовых стоит отметить здание управления, здание резисторов сброса энергии магнитов (эти резисторы производятся в России) и тритиевый корпус, который построен примерно наполовину.
Однако за оставшиеся 6 лет они могут быть достроены и оснащены оборудованием.
Рендер готового сайта.
Серым цветом обозначено то, что уже построено и насыщено оборудованием, фиолетовым — строящееся здание токамака, синим — будущие постройки.
Вся эта синяя конструкция вокруг самого здания токамака не нужна для первой плазмы и будет построена позже.
Кроме того, в 2019 году строители сдали готовые здания преобразователей питания магнитной системы, здание аппаратуры компенсации реактивной мощности, а в конце 2018 года – также строительство системы сброса тепла.
Элементы инфраструктуры
Комплекс IT&R при полномасштабных запусках будет крупнейшим потребителем электроэнергии — около 110 мегаватт для обеспечивающих систем и до 250 мегаватт для систем отопления и электроснабжения магнитов.Все это будет распределяться между системами сложной многоуровневой системой, состоящей из 7 трансформаторов и двух станций ВРУ, подключенных к распределительному устройству 400 киловольт. Первая часть, а именно общее распределительное устройство среднего напряжения, обеспечивающее нагрузку 110 мегаватт, была введена в эксплуатацию в январе 2019 года и взяла на себя электроснабжение пока еще очень немногих потребителей (строителей и монтажников).
Этот ввод в эксплуатацию позволит протестировать все основные инфраструктурные объекты токамака – криогенную установку, систему сброса тепла (на эти два потребителя приходится львиная доля нагрузки – между ними почти 100 МВт), однако провести работы по строительству реконструкция местных трансформаторных подстанций и распределительных сетей продолжается.
Новое распределительное устройство (центр нагрузки), от которого в будущем будут питаться системы плазменного нагрева.
Также в 2019 году введен в эксплуатацию первый трансформатор мощностью 400 МВАР (из трех) подсистемы питания переменных нагрузок (магниты, системы отопления).
На нем будут проводиться испытания преобразователей питания магнитной системы, которые, однако, состоятся не раньше, чем через два года.
Вид на площадку ИТЭР со стороны ОРУ-400 кВ, трансформаторов постоянных нагрузок (справа в центре) и импульсных нагрузок (слева в центре).
Слева от криогенной установки стоят два здания магнитных преобразователей энергии (с желтыми газгольдерами).
В 2019 году активно монтировалось оборудование системы теплоотвода – это не менее 5 автономных систем циркуляции воды с различным водно-химическим режимом и уровнем надежности, 10 вентиляторных градирен общей мощностью около 300 МВт и два буферных бассейна для горячая и холодная вода, а также 4 десятка насосов, теплообменное оборудование и т. д. Вся эта система должна в момент запуска получать до 1150 мегаватт тепла от токамака и его вспомогательных систем, буферизовать это тепло и постепенно отдавать это во время пауз.
Однако для первой плазмы ясно, что мощность этой системы будет использоваться в небольшой части ее возможностей.
Монтаж градирен - декабрь 2019 г.
Установка вертикальных насосов системы охлаждения.
Они нужны для выпуска воды из накопительного «горячего» бассейна в градирни.
Криоперерабатывающий завод
Криоперерабатывающий завод - одно из крупнейших в мире предприятий по производству жидкого гелия в 2019 году.активно модернизируется.
В принципе, это бич любого сложного «первого в своем роде» проекта — огромное количество взаимосвязей приводит к тому, что неучет некоторых мелочей приводит к серьезным переделкам.
В частности маршруты - редизайн.
Так небольшое изменение привело к задержке установки оборудования здесь на год. 
Ситуация на сентябрь 2019 года.
По сравнению с сентябрем 2018 года, когда я здесь был, появились вентиляционные короба и кабели - значит, дело сдвинулось с мертвой точки! Однако электродвигатели компрессоров еще не подключены к самим компрессорам (эта операция выполняется после подключения всех линий).
Синие баки — установки осушки гелия, дальше по проходу — установки очистки гелия от примесей.
Справа и слева на возвышениях расположены гелиевые компрессоры и теплообменники.
Однако этот момент уже позади, и автономные испытания агрегатов начнутся уже в 2020 году.
После строительства здания аварийного резистора (в 2022 году) будет построена эстакада с трубопроводами криогенных жидкостей от криогенной установки к зданию токамака.
установлен и, судя по всему, где-то после 2023 года будет поэтапное внедрение криосистемы уже в здании токамака, что должно быть весьма интересно.
Еще одно из важнейших событий 2019 года – на нижнем этаже здания токамака началась установка криолиний, от которых будут питаться криофидеры сверхпроводящих магнитов и разные другие штуки типа криосорбционных вакуумных насосов.
Нижний этаж здания токамака, установка криолиний (они расположены в единой теплоизоляционной вакуумной трубе).
Именно так на потолок будет подвешиваться большинство коммуникаций.
Этот момент важен, поскольку наконец-то начался монтаж первых (из очень многочисленных) коммуникаций в здании токамака.
Этот процесс будет сложным и долгим, а значит, важно начать его как можно раньше.
Магнитные преобразователи
Сверхпроводящие магниты ITЭR в рабочем состоянии будут накапливать до 46 гигаджоулей и работать при токе до 68 килоампер.Более того, для работы токамака необходимо достаточно быстрое изменение тока в магнитах, а значит мощные источники тока «откачка» и «накачка» магнитов током.
В двух зданиях разместятся около 40 индивидуальных преобразователей, представляющих собой управляемые многофазные выпрямители огромных размеров (мощность самых крупных преобразователей составит до 90 мегаватт, а суммарная мощность всех преобразователей составит 2,1 ГВт).
Поскольку мощность нужна именно для изменения тока, то магнитная система будет работать в паре с системой компенсации реактивной мощности — грубо говоря, набором конденсаторов и катушек индуктивности, включенных в сеть переменного тока.
Это позволит сохранить часть извлеченной магнитной энергии и вернуть ее обратно в следующем цикле, не «вытягивая» высоковольтный ЛП.
Строительство системы компенсации реактивной мощности.
Интересная вещь в кадре — высоковольтные индукторы на заднем плане.
В 2019 году в обоих преобразовательных корпусах начат монтаж шинопроводов (российского производства), которые будут соединять преобразователи и магнитные фидеры, а также начата подготовка фундаментов под установку самих инверторных блоков.
Также ведется монтаж трансформаторов (каждый инвертор имеет входной транс), хорошо видимых на общих планах (они расположены снаружи здания).
Российские шины (желтые) внутри здания магнитопреобразователя.
Самих конвертеров пока нет. В 2020 году состоится установка инверторов и интеграция всех компонентов, но до самих электрических испытаний еще далеко.
Вакуумная система
Крайне важный система в составе ITЭR, включающая в себя целых 400 вакуумных насосов и 10 километров вакуумных линий.Похоже, в 2018-2019 годах его тоже поразил вирус редизайна; во всяком случае, строительство той части тритиевого корпуса, где должен был разместиться вакуумный цех с несколькими десятками главных насосов, стоит с середины 2018 года.
Однако этажом выше этого помещения целый этаж тритиевого здания отведен под другую активно меняющуюся систему — водяное охлаждение токамака, задачи по которому были переданы из США в ЕС в 2018 году.
Некоторые новые элементы Вакуумная система, однако, загорелась.
На фото господа менеджеры и рабочие радуются испытаниям модели экваториального порта ITЭR на плотность вакуума, в ходе которых показано значительное превосходство железа по требованиям по герметичности.
Вот как будут выглядеть заглушенные «входы» в реактор в будущем.
Криостат
Криостат – это вакуумный сосуд, в котором будет находиться токамак вместе с магнитной системой.Вакуум здесь предназначен главным образом для изоляции очень холодных магнитов от довольно горячей вакуумной камеры и окружающего здания.
В 2019 году завершено изготовление «нижнего цилиндра криостата» — это вторая снизу часть криостата (из 4-х), и почти завершены работы с основанием криостата — это самая нижняя часть.
С установкой основания на подшипники, а затем нижнего цилиндра на основание сборка ITЭR должна начаться в марте 2020 года (о чем подробнее ниже).
Фактически к обеим частям криостата еще предстоит приварить сотни опорных элементов для тепловых криоэкранов, датчиков и их кабельных линий, но эту работу можно выполнить как в оставшиеся месяцы, так и даже после установки в шахту реактора.
Основание криостата, лето 2019 г.
Сборка основных частей завершена и даже готовы основания для опор катушек.
Криоэкраны, кстати, тоже уже едут на площадку.
Они представляют собой замысловато изогнутые листы нержавеющей стали толщиной 10-20 мм с приваренными охлаждающими трубками, по которым будет течь гелий при температуре 80-100 К и посеребренными для улучшения отражения ИК-излучения.
Некоторые из криоэкранов входят в состав самых первых агрегатов, которые необходимо установить на шахте, поэтому мы рады отметить, что их производство завершено в срок (оно осуществляется Южной Кореей).
Тепловые криоэкраны.
Конкретно этот элемент представляет собой экранирующий элемент, расположенный между вакуумной камерой и тороидальными магнитами.
Сверхпроводящие магниты
Если вы читали раньше мои статьи в ITЭR, вы знаете, что я не устаю восхищаться величием главных сверхпроводящих магнитов международного термоядерного реактора.Фактически, все 25 больших магнитов ITЭR станут 25 крупнейшими сверхпроводящими магнитами в мире.
Для первой плазмы вам нужно собрать их все — однако порядок сборки определяет, какие магниты имеют наивысший приоритет. Собственно, уже в этом году в шахту должны быть установлены как минимум 2 первых магнита - это нижние полоидальные ПФ6 и ПФ5, которые будут располагаться под камерой токамака.
Первый из них производится в Китае и движется в сторону Кадараша, а второй сейчас проходит финальные производственные операции прямо на площадке ITЭR. Оба магнита пройдут криоиспытания (на месте) и дополнительное оснащение датчиками, но можно ожидать, что не позднее конца лета они будут опущены в проектное положение.
Учитывая вес (~400 тонн каждая) и размеры (диаметр 10 и 18 метров), операция по установке должна быть весьма эпической.
Церемония передачи первой катушки ITЭR - PF6 - китайцам.
Сама катушка слева, в центре камера, в которой она была пропитана эпоксидной смолой, а справа транспортировочная упаковка.
ПФ5 в середине ноября готовился к вакуумно-прессовой пропитке всего магнита; к концу года эта операция должна была быть завершена.
Впереди установка датчиков и гелиевых проводов, а также механических креплений.
Механические крепления катушки к камере токамака, производство Китай.
Не менее важна готовность магнитов тороидального поля ТФ - примерно через год после начала монтажа по планам должна начаться сборка вакуумной камеры в шахте (эта операция займет 2-2,5 года), а для этого необходимо предварительная сборка 2-х катушек ТФ и одного сектора (а также сопутствующих криоэкранов) на стенде секторной сборки в корпусе предварительной сборки (про сборку вы уже писали?).
Те.
Где-то летом 2020 года в идеале первые два магнита ТФ и первый сектор вакуумной камеры должны прибыть на площадку ИТЭР и продолжать делать это в штатном порядке.
Монтажный стенд для намоточного пакета и корпуса катушки TF. Сейчас здесь собирают вторую катушку, отсюда дела пойдут более энергично (уже готовы 5 пакетов намоток).
Тороидальные магниты собираются в Европе и Японии.
В частности, год назад по схеме «ёлочка» в Европе выполнили операцию надвигания половин корпуса на пакет обмотки (в Японии это было сделано в марте 2019 года) и на протяжении всего 2019 года продолжали привозить первые «боевые Притянуть до готовности.
Для этого необходимо было точно расположить пакет обмоток внутри корпуса, сварить половинки корпуса, приварить крышки, через которые вставлялся пакет, и залить внутреннее пространство эпоксидной смолой.
Все это было успешно выполнено, и осталась последняя операция – обработка корпуса с учетом припусков, оставленных на неточности сборки.
Такая технологическая сложность связана с тем, что необходимо получить совпадение реальной и теоретической магнитных осей в пределах 1 мм по трем осям при размерах изделия 16х10х3 метра.
Сварка крышек корпуса на стенде с роботами.
Европейцы стали совсем ленивыми.
.
и концы таких же чехлов.
Почему не роботы? 
Заливаем эпоксидную смолу в магнит. Для этого нам пришлось сделать специальный стенд, на котором 300-тонное изделие можно наклонять на 10 градусов и нагревать.
Хотя об успехах Европы мы знаем немало, Япония (увы, традиционно) не опубликовала ничего о ходе сборки ТФ за год. Год назад отставание составляло буквально пару месяцев, так что, возможно, в 2020 году японский ТФ приедет в Кадараш, что было бы очень полезно - одними европейскими магнитами сроки сборки не уложиться.
Помимо вышеперечисленного, есть еще центральный соленоид производства США (по которому с мая нет новостей), магниты PF4,3,2,1 (из них не запустились только 3,4) - но все это потребует установки через 2-4 года, поэтому мы их сегодня касаться не будем.
Однако один каркас будет полезен - намоточный стенд, где были изготовлены двойные блины для ПФ5 и ПФ2, сейчас переделывается на больший диаметр (24 метра) катушек ПФ3,4.
Вакуумная камера
Еще на заре появления токамаков как наиболее перспективного типа управляемого термоядерного термоядерного реактора инженеры отмечали, что тороидальная форма камеры была технологическим кошмаром для промышленности.Однако реальность оказалась гораздо хуже: нужна не просто тороидальная камера, а двустенная камера с высокой жесткостью (а значит, с толстыми и многочисленными ребрами), экстремальными требованиями к сварным швам, да еще и с запредельными требованиями к геометрии.
точность (это на поверхностях двойной кривизны – где точность так просто не измерить линейкой или даже шаблоном).
Пример из практики - чтобы взять реальную 3D геометрию (в данном случае фрагмент вакуумной камеры - это испытания), используется измерительная машина, а точки для измерения подсказываются лазерным проектором.
Внутри фрагмента видны листы борной защиты и цилиндрические опоры модулей бланкета.
Вакуумная камера ITЭR будет собрана из 9 секторов, 4 из которых будут произведены в Южной Корее (Hyundai Heavy Industry) и 5 в Европе (Walter Tosto/Ansaldo/ENSA).
Производственный цикл включает горячую штамповку заготовок, их механическую обработку, сварку в 4 этапа укрупнения с промежуточной механической обработкой – и все это требует большого количества оборудования сложной формы и собственной оптической метрологии.
Дело продвигается очень медленно - корейцы начали резать металл для первого сектора в 2012 году и только осенью 2019 года добрались до сварки 4 сегментов в готовый сектор.
Европа отстает примерно на 2 года и, по моему мнению, не сможет выдать 1 сектор до конца 2021 года, что с большой долей вероятности означает, что планы по первой плазме IT-R сдвинутся на 1 год. 
К осени 2019 года европейцы завершили сварку внутренностей одного полоидального сегмента (из 4) своего первого сектора.
Такой прогресс у корейцев был два года назад. 
В сентябре 2019 года корейцы начали сваривать 4 готовых сегмента в один сектор.
Осталось приварить патрубки верхнего и диверторного портов, окончательные замеры и механическую обработку – и отгрузку.
В проекте вакуумной камеры есть также вклад Индии (производство блоков поглотителей нейтронов из борированной стали) и России (оплата изготовления в Германии 9 верхних труб по 18 тонн каждая) - но здесь все хорошо, никаких драматизма или эмоции.
Одна из верхних трубок вакуумной камеры, изготовленная на заводе MAN по заказу РФ.
Наконец, существуют внутрикамерные устройства – отклонитель , первая стена, одеяло, «теплые» магниты для подавления нестабильности ELF, многочисленные датчики и водопроводы.
Однако для первой плазмы все это не нужно, поэтому сегодня мы пропустим эту тему, хотя прогресс и достижения в этом (весьма высокотехнологичном) направлении работы ITЭR есть.
В 2019 году несколько европейских фирм выпустили свои прототипы первых стеновых панелей.
Бериллиевая плитка, медный радиатор, конструкция из нержавеющей стали.
Система контроля
В крупных промышленных проектах настройка АСУ ТП зачастую определяет задержку запуска всего проекта.Во-первых, это логически последний этап (невозможно настроить систему управления неустановленным оборудованием), а во-вторых, он собирает все монтажные, производственные ошибки и т.п.
, которые всплывают при отладке.
ITЭR здесь рискует собрать полное бинго: мало того, что сам проект непомерно сложен, но многие компоненты являются первыми в своем роде, поставляются из разных стран и включают в себя собственные локальные системы управления.
Несмотря на превентивные меры, принятые в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом, как стек управления (RHEL + CODAC + EPICS) и распространение комплектов программного и аппаратного обеспечения среди всех желающих, запуск системы с десятками тысяч датчиков, тысячами исполнительных механизмов (многие со своим программным и аппаратным обеспечением «внутри»), часть из которых также должна соответствовать Критерии надежности ядерных объектов будут очень сложной задачей.
Проходные соединители для вакуумно-радиационных внутрикамерных условий ITЭR — одна из разработок 2019 года.
Огорчает, что все это слегка отложено на потом — хотя стек управления уже работает не только чисто в лабораторных условиях, но и «рулит», например, стандартной системой питания ITЭR (запуск которой занял 6 месяцев) , здание управления и центр обработки данных ИТ? Его еще даже не начали строить, поэтому процесса ввода АСУ в эксплуатацию мы не увидим примерно через 3 года.
Эта картинка не имеет прямого отношения к системе управления технологическим процессом, но она очень хороша - на ней видно два зеркала, каждое из которых направляет 4 мегаватта микроволнового излучения.
ЕЦРЗ в плазму и имеет гидравлическое управление.
Весь этот блок расположен вблизи термоядерной плазмы и должен быть очень хорошо защищен от нейтронов и электромагнитного излучения.
ITЭR сборка
В ноябре 2019 года завершена приемка двух стендов для сборки секторов камеры – не просто пассивных опор, а подвижных на 6 степеней свободы столов для позиционирования элементов сектора относительно друг друга.
На фото помимо подставок (слева) можно увидеть бетонную модель тороидальной катушки массой 360 тонн и кантователь (на заднем плане) для секторных элементов.
В 2020 году должна начаться сборка реактора в шахте – то, чего проект добивался около 12 лет реальной работы и 35 лет с момента появления идеи.
Сборка обещает быть чрезвычайно сложной затеей хотя бы потому, что множество подрядчиков будут работать над разными системами и направлениями: от тяжелых такелажных работ до оптической центровки, от тысяч низковольтных кабелей до шин 300х200 мм на ток до 70 килоампер.
,вакуумные,криогенные,водяные,газопроводы - все это сойдётся в шахте диаметром 30 метров и глубиной 30 метров.
Немного устаревшее, но в целом правильное видео о процессе сборки токамака в шахте.
В августе 2019 года в нижней части шахты реактора начался монтаж криостатных подшипников – подвижного соединения и якорей – неподвижного.
Полусферический подшипник выдержит нагрузку около 1,5 тыс.
тонн.
Здесь можно увидеть два элемента стационарного крепления криостата к зданию (пластина в стене и стержни в «поле»).
Монтаж реактора, по сути, уже начался – в бетонное основание установлено 18 подшипников – «коронку» для подвижной опоры, а вокруг нее установлены выравнивающие прокладки для будущего основания криостата.
После установки двух нижних секций криостата их необходимо будет приварить и все «подтоковые» изделия — магниты ПФ6,5, шесть корректирующих катушек, большой коллектор для распределения криогеники и токов к корректирующим магнитам, криовакуумные экраны.
(частично) – размещаются в основании параллельно, затем устанавливается монтажная колонна, вокруг которой будут подвешиваться сектора вакуумной камеры.
(конвой проходит приемку в Южной Корее и скоро отправится в Теги: #Популярная наука #физика #Энергия и аккумуляторы #iter #термоядерный реактор #термоустановка
-
Как Настроить Блог
19 Oct, 24 -
Война Черной Дыры, Или Битва Черной Дыры
19 Oct, 24 -
Теплый Ламповый Звук
19 Oct, 24 -
Whonix: Руководство Для Начинающих
19 Oct, 24
