Ядерная энергия (tnenergy) wrote in engineering_ru,
Ядерная энергия
tnenergy
engineering_ru

ИТЭР: итоги 2015 года.

Оригинал взят у tnenergy в ИТЭР: итоги 2015 года.



2015 год стал знаковым для проекта международного термоядерного реактора. Новый руководитель ИТЭР Бернар Биго (сменивший в 2015 Осаму Мотоджиму) сумел переломить тренд постоянного роста отставания от сроков и ощущения, что проект развалится не дойдя до запуска. В ушедшем году волевым усилием нового директора были закончены чертежи зданий комплекса и переданы строителям, что помогло тем в разы нарастить темп работ на площадке. Тем временем, долго разворачивавшаяся промышленность, в 2015 году вышла на крейсерскую скорость, и первые элементы гигантской машины достигли площадки в Кадараше. Наконец, третий важный компонент проект - разработка сверхвысокотехнологичных элементов машины к настоящему моменту показывает успех по большинству направлений, и снимает все больше рисков того, что производство упрется в технологические тупики.

Строительство.


Площадка ИТЭР в феврале 2015. В яме комплекса зданий токамака видна первая робкая активность по заливке стен этажа B2, на заднем плане - начавшееся строительства зала преварительной сборки.

В 2015 году многократно выросли как объемы строительства так и законченные элементы. На площадке было начато сразу 7 зданий а два строящихся были подведены под крышу. Традиционная ссылка на большой план комплекса, который обязательно надо открыть, что бы понимать что написано ниже. Итак, за 2015 год строители успели:


  • Практически закончить нижний подвальный этаж (называемый B2) комплекса зданий токамака (зд. 14,11,74), и перейти к заливке перекрытий следующего - B1. В том числе была залита крайне сложная конструкция биозащиты на нижнем подвальном этаже.


    План этажа B2 с оборудованием. Серое - строительные элементы, которые в 2015 году практически доведены до конца.


  • Кстати, в целом этот этаж является самым непростым из всех 6 основных этажей комплекса зданий токамака.  Уже в 2016 году здание токамака начнет подниматься над уровнем земли, постепенно выползая из котлована 17 метровой глубины, а дальше темп строительства предусматривает возведение двух этажей в год.


    Этаж B2 в начале декабря 2015. На заднем плане уже видна опалубка стен этажа B1.


  • Начатое в 2014 году строительство металлоконструкций зала предварительной сборки (зд. 13) успешно закончилось подъемом крыши и началом сооружения внешней обшивки. Возведение этого высокотехнологичного сарая, где будет осуществляться сборка самых больших блоков реактора перед установкой в шахте позволило начать строительство двух примыкающих зданий. Сдача здания с оборудованием планируется в апреле 2017 года.


    А еще в этом здании будет установлена спарка мостовых кранов общей грузоподъемностью 1500 тонн - кажется, очередной рекорд ИТЭР.


  • Первое из них - это сооружение очистки, зд. №17. Здесь будет осуществляться отмывка элементов токамака, которые пойдут в чистовую зону предварительной сборки до нужной чистоты.


    Проектное изображение сооружения очистки. Задом это здание примыкает к залу предварительной сборки и работает эдаким шлюзом.


  • Второе - здание радиочастотного нагрева №15, начатое в самом конце 2015 Запланированное к завершению строительства в марте 2017, это будет вторая вводимая внешняя система токамака после...


    Земляные работы на месте будущего здания №15, вид от зала предварительной сборки. На дальнем плане зд. 61


  • Магнитных конвертеров, здания 32 и 33. Эти здания должны быть построены на рубеже 16/17 года (во что, впрочем, не очень верится). Здесь будут располагаться мощнейшие синхронные выпрямители, от которых будет запитана магнитная система ИТЭР.


    Например, вот это китайский прототип выпрямителя, который будет ставится в здании магнитных конвертеров.


  • В прошлом году резво стартовало строительство и криокомбината (зд 51,52). Его планируется передавать под монтаж оборудования начиная со второй половины 2017 года. Напомню, что система криоснабжения ИТЭР - мощнейшая в мире.


    Пока криокомбинат выглядит вот так. На заднем плане гигаваттное 400-киловольтное октрытое распредустройство, которое будет запитывать ИТЭР в работе.


  • Наконец, в этом году так же начато строительство центра управления токамаком (зд. 71). Это будет скорее офисное здание с большим залом для 70 рабочих мест операторов комплекса и немаленьким ЦОДом на 150+ стоек, где будет расположен петафлопный расчетный кластер, 15 петабайтное хранилище и 70 серверов системы управления CODAC.


Кроме того надо отметить прогресс строительства здания 61 в 2015 году. Это крайне скучное здание, в котором будет располагаться газоподготовка, компрессорная, газгольдеры и прочее для раздачи по площадке воды и газов. Тем не менее это будет первое сданное (уже в 2016) здание, которое будет принимать непосредственное участие в работе комплекса.

Еще хочется вспомнить установку летом 2016  4 трансформаторов системы постоянного питания комплекса (SSEN) - в 2016 году здесь начнется сборка высоковольтной и низковольтной части этой системы и строительство здания средневольтного распределительного устройства мощностью 120 мегаватт.


Изготовление компонентов


В 2015 году термоядерная промышленность достигла такого масштаба и разнообразия, что перестала помещаться в блог. Я отобрал 10 наиболее выдающихся достижений в производстве компонентов ИТЭР, при этом пришлось оставить некоторые интересные вещи за кадром (например, изготовление первой полноразмерной вертикальной мишени дивертора ИТЭР)


  1. На первом месте у нас, конечно, изготовление и доставка в Кадараш деталей днища криостата ИТЭР. Это первые детали - не прототипы и модели, а настоящие железяки будущего термоядерного “наше все”. 420 тонн конструкций из нержавеющей стали начнут в следующем году превращать в самую тяжелую деталь реактора.


  2. Вторым важнейшим моментом очевидно стало развертывание серийного производства сверхпроводящих магнитов ИТЭР. Если 2 года назад основной объем работы приходился на производство сверхпроводящих нитей, а в 2014 - на производство кабелей и радиальных плат, то сегодня речь идет о намоточных модулях, из которых потом будут собраны все 25 основных магнитов ИТЭР.


    Подготовка двойного блина тороидальной катушки к вакуумно-нагнетательной пропитке эпоксидной смолой.

    На сегодняшний день Европа, к примеру, уже изготовила больше 40% элементарных намоточных элементов тороидальных катушек (так называемых “двойных блинов”) и готовится к сборке первой полноразмерной (310 тонн) TF. В России, в Китае и непосредственно на площадке в Кадараше развертывается производство полоидальных катушек. В США построен небольшой завод с 11 рабочими позициями для изготовления модулей центрального соленоида - мощнейшего магнита в мире.



    В свое время считалось, что производство сверхпроводящих магнитов такого размера и сложности будет самым рискованным и дорогим элементом проекта ИТЭР, и к концу 2015 года можно довольно уверенно говорить и том, что точка невозврата пройдена, а у человечества появилась технология производства сверхмощных сверхпроводящих магнитов, запасающих единицы и десятки гигаджоулей.


    Кстати, еще одной важной технологической системой является теплоизолированный токо- и хладо-ввод в магниты, здесь показан китайский прототип.


  3. Завершение изготовления сверхпроводящих стрэндов для магнитов проекта сразу в четырех странах-участниках ИТЭР (Россия, Европа, Китай, Корея). ИТЭР потребовал беспрецедентных объемов сверхпроводника Nb3Sn - 500 тонн соответствовали 37 летнему объему производства эпохи “до ИТЭР”. Шестикратное увеличение мировых производственных мощностей этого интерметаллида и композитных проводов из него возможно поможет более широкому внедрению его в промышленность.

    Интересный срез макета корректирующей катушки ИТЭР, показывающий, каким образом пропитка эпоксидной смолой укрепляет и изолирует структуру катушек.

    В этом кадре отгрузка последней длины сверхпроводника для тороидальных катушек с испытательного стенда (построенного для тестирования катушек "лебединой песни" СССР токамака Т-15) в Курчатовском Институте.


  4. Прогресс многих производителей в создании различных робототехнических систем проекта. Прежде всего, впрочем, прогресс тут в переходе от разработок к контрактам с промышленностью на изготовление всех ключевых элементов роботизации ИТЭР. Но есть и некоторые прототипы важных систем (например, роботизированной сварки вакуумной камеры), которые воплощены в железе и начали проходить первые тесты. Впрочем, применение роботам на стройке ИТЭР найдется не раньше 2020 года.


    Тестирование в английском центре CCFE дистанционно управляемого приспособления для резки и сварки труб.


    Манипулятор на установщике диверторных кассет. Интересно, что в силу предназначенности к высоковакуумному и радиоактивному окружению он работает на водяной гидравлике.


  5. Поставка первых компонентов систем ИТЭР на площадку так же произошла в 2015 году. До площадки, кроме вышеупомянутых трансформаторов SSEN добрались большие дренажные баки для водяной системы охлаждения (они стоят на этаже B2-B1, поэтому должны быть установлены до закрытия проемов на вышележащих этажах), 5 баков хранения воды с тритием (системы оборота трития - о которой я напишу статью в этом году), и что интересно - силовые токопроводы производства питерского НИИЭФ


    100 кубовый бак для хранения воды с тритием прибыл на площадку ИТЭР.

    А это разгрузка первой партии "проводов" для 68 килоамперных токов.


  6. Прогресс в создании криокомпонентов ИТЭР. Главным подрядчиком в производстве криокомбината является французская Air Liquid, и в 2015 году множество субкомпонентов этого комбината засветилось в различных пресс-релизах. В конце 2016 нас ожидает начало заводских испытаний, а в 2017 - и монтаж оборудования в строениях.


    Тестирование теплообменника ожижителя гелия для криосистемы ИТЭР.

    За толпой сотрудников Air Liquide и ITER IO виднеется холодный объем с ожижителем гелия для токамака JT-60SA, близкий к тем, что будут в составе криокомбината ИТЭР.


  7. Продолжающийся прогресс в создании системы пневмовдува гранул в разные элементы плазмы. Гранулы изготавливаются специальной машиной из дейтерий-тритиевого льда при температуре 15К и выстреливаются гелиевой пневмопушкой в один из каналов на скорости 700 м/с с частотой до 10 штук в секунду. Такая скорость позволяет доставлять доставлять термоядерное топливо прямо в горячий центр плазменного тора, не теряя время на сложности проникновения газа из периферии в центр (в силу конфаймента плазмы, перемещение чего-либо заряженного в радиальном направлении сильно подавлено).


    Пневмопушки, разгоняющие капсулы для стрельбы в разные точки внутри вакуумной камеры.


  8. Прогресс России, Европы, Японии в области создания гиротронов. Если Европа находится в середине пути создания прототипа серийной мегаваттной “микроволновки”, то Япония и Россия перешли к производству серии (по 8 установок). Причем по словам Анатолия Красильникова у Японцев есть проблемы с воспроизведением характеристик прототипа гиротрона.

    Для разнообразия - последний европейский прототип гиротрона производства THALES, пока его время его работы составляет не более 60 секунд (а цель - 1000)


  9. С заметным отставанием развивается производство ключевого компонента - вакуумной камеры токамака. 9 секторов камеры изготавливаются в Корее (2 штуки) и Европе (остаток). Внутренние экранирующие сборки из борированной стали отданы Индии, верхние патрубки - России.


    Внешний вид и распределение элементов вакуумной камеры между партнерами.

    Все участники этого производства не выдерживают сроки, кто-то не очень критично, как Корея и Индия, кто-то чуть заметнее, как Россия, которая должна была поставить в Корею первый верхний патрубок в 2015 году, и в конце всех следует Европа, отстающая от графика производства своих секторов вакуумной камеры не меньше 2 лет.


    Сварка первого сегмента вакуумной камеры в Южной Корее на заводе Huyndai

    Кстати, корея еще делает такие красивые штуки - тепловые экраны, надеваемые на вакуумную камеру, охлаждаемые гелием при 80К и теплоизолирующие горячую вакуумную камеру от сверххолодных магнитов.


    Напомню, что первые два готовых сектора должны встать в зале предварительной сборки не позже середины  2019 года, что бы не сдвинуть график первой плазмы за 2025.


  10. Последним ярким моментов в производстве компонентов я бы отметил первенцев “мелких” компонентов - специальных кабелей, разъемов, датчиков, актуаторов, блоков электроники и прочего. Множество мелких компонентов машины будут работать в настолько жестких условиях (радиация, вакуум, сильные магнитные поля, температуры от 4 до 600 Кельвинов), что их невозможно купить на рынке, поэтому их проектирование и производство - важная составляющая промышленных усилий проекта.



    Расходомер для гелия, керамический датчик магнитного поля для работы в радиационных полях, высоковольтный вакуумный разъем для датчиков.


Кроме того, хотелось бы отметить тестовый комплекс PRIMA, где будут установлены два стенда для доработки инжекторов нейтрального луча. В этом году там во всю идет сборка первого стенда SPIDER для тестирования источника отрицательных ионов, и начинается работа по второму стенду MITICA, который будет представлять собой полноразмерный 50-мегаваттный NBI ITER. Я неоднократно писал про этот стенд, и вот под конец год туда прибыли первые элементы японского вклада - трансформаторы системы питания MITICA (мегавольт напряжения при токе 50 ампер - кстати вам было бы интересно прочесть про эту сугубо электротехническую, однако выдающуюся в своем роде систему?) и 3-метровый “компактный тестовый источник мегавольтного напряжения” для тестирования линии передачи.


Слева "компактный" источник для тестирования линии, справа - один из 5 трансформаторов высоковольтного преобразователя.

Два таких электротехнических набора встанут в 20х годах на площадке ИТЭР, а пока мы ожидаем в конце 2016 начала пуско-наладки стенда SPIDER.

Что ж, 2015 год был весьма интересным для проекта, и если директору Бернару Биго удастся и дальше ускорять проект и не допускать каких-то значимых проблем, то каждый последующий год обещает быть не менее интересным, вплоть до первых пусков ИТЭР.

Tags: сооружения, строительство, ядерная энергетика
Subscribe
promo engineering_ru march 2, 2015 08:17 174
Buy for 200 tokens
Помните байку о разработке космической ручки? Да, она не основана на реальных событиях, но очень наглядно иллюстрирует идею, что простое решение может оказаться лучше сложного. Ракета, построенная по принципу "большого глупого носителя" ("Big Dumb Booster") находится не в диапазоне…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 43 comments