Проект ИТЭР в апреле 2021 года, часть 1
12 апреля на площадке ИТЭР побывали несколько французских блоггеров, и один из них, Monsieur Bidouille уже успел опубликовать целую гору фотографий с этого визита. Мне эти фотографии показались весьма интересными, и на базе них я решил сделать очередной отчетик по ИТЭР.
За последние 4 месяца в проекте произошло очень много интересных монтажей, но их мы оставим на сладкое, а начнем с уже примелькавшихся, но не менее интересных объектов.
Например, с системы сброса тепла. 10 ячеек вытяжных градирен в пике смогут сбрасывать до 550 мегаватт тепла, а за счет буферов из бассейнов холодной и горячей воды система способна принимать до 1,2 ГВт тепла от термоядерного реактора и обслуживающих его систем. Система собрана в виде двух контуров: охлажденная в градирнях вода забирает тепло через теплообменники у разных ветвей второго контура (формально их 6, но реально от этого комплекса отходит 3 ветки теплоносителя)
Градирни
Вертикальные насосы первого контура - 13 штук примерно по 1 мегаватту мощности
Один из теплообменников, связывающих первый и второй контур.
Всего система должна принимать до 12 тонн воды в секунду с температурой до 45 С и выдавать их обратно охлажденными до 31 С. Впрочем, часть воды будет снимать тепло с холодильных установок, которые будут производить воду с температурой 6 С и принимать до 30 мегаватт тепловой нагрузки на этой температуре.
Насосные станции второго контура.
Всего этот комплекс будет потреблять до 67 мегаватт на работу насосов.
Однако, давайте перенесемся с царства воды в царство электричества - подсистему питания сверхпроводящих электромагнитов ИТЭР, которая будет управлять магнитными полями токамака. В двух зданиях будет расположено 32 активных выпрямительных устройства, мощностью от 1 до 90 мегаватт. Каждое такое устройство начинается с трансформатора 66/2 киловольта
Трансформаторы формируют 6 фаз переменного напряжения с очень большим током (до 30 килоампер), поэтому выводы из них выглядят довольно чудовищно
Отсюда ток направляется на сборки тиристоров, которые его выпрямляют
Одна плита здесь - эквивалент одному тиристору
Собственно тиристор - блинчик с белым ободом, зажатый между охлаждаемыми токовводами. Слева - плата драйвера затвора тиристора, обеспечивающая его корректное открытие.
Выпрямленный ток сглаживается вот такими катушками
Интересная технологическая деталь - катушки состоят из пустотелой трубы и тем не менее сварены из кусков.
Дальше ток по большим алюминиевым шинам российского производства отправляется к магнитам
Для понимания масштаба - вот "разъем" этой шины
Шины водоохлаждаемые. Вообще, все это электрохозяйство будет в пике перекачивать больше гигаватта электрической мощности и отдавать 90 мегават тепла в воду
Впрочем, если кто-то еще не впечатлен масштабами, давайте посмотрим на другие изделия, входящие в состав ИТЭР. Например на крышку криостата.
И вблизи:
pic.twitter.com/kLeY1TfmZz
- Monsieur Bidouille (@MrBidouille) April 12, 2021
А вот еще масштаб такелажных приспособлений для "деталей" криостата
Или, скажем, катушки тороидального поля. На официальных рендерах и фото почему-то всегда скрадывается их размер и массивность
Или живьем
А вот на фотосете Monsieur Bidouille получилось
А теперь детали других катушек - полоидальных, которые в силу своих размеров изготавливаются прямо на площадке ИТЭР
Вот, собственно, процесс изготовления двухслойного блина будущей катушки PF4 (диаметр 24 метра)
Интересно, как много приспособлений удерживают витки на месте. Вообще квадратный сверхпроводящий кабель в этой установки сначала проходит размоточную станцию с выпрямителем, затем роботизированный трубогиб, который определяет траекторию витка, затем станцию пескоструйной обработки, измерение геометрии
(три последних устройства на фото)
обматывается 3 слоями каптона + стеклоленты и укладывается на вращающийся стол
После укладки проводника, вся конструкция вакуумируется и пропитывается эпоксидной смолой, получается вот такой монолит
Однако, относительно простой плоской конструкцией для всей катушки не обойтись. Необходимо сформировать из проводника вводы-выводы и переходы между блинами.
Выше на фото, например, один из терминалов катушки PF2. А ниже - соединение двух слоев
Интересно, что здесь нет никакого сверхпроводника в контакте. Сверхпроводник заканчивается в медном "стакане", который припаян к такому же стакану другого отрезка СП кабеля.
Не смотря на значительный ток, общий разогрев этого соединения невелик: при температуре в 4 К сопротивление меди падает в >300 раз по сравнению с комнатной температурой,
и получается контакт с сопротивлением в десятки наноом.
В целом, законченная катушка выглядит так:
Здесь собранный стек блинчиков покрыт изоляцией и защитой, оборудован системой датчиков, трубопроводами хладагента и механическими креплениями.
Продолжение - во второй части.