Как будет про­хо­дить сбор­ка то­ка­ма­ка iter

Прошу меня про­стить, ра­бо­та не дает ре­гу­ляр­но пи­сать даль­ше про про­ект iter, хотя пла­нов гро­мадье. По­про­бую рас­ска­зать этой ста­тьей про то, как сей­час вы­гля­дят планы по сбор­ке всей гран­ди­оз­ной ма­ши­не­рии то­ка­ма­ка, а затем в сле­ду­ю­щей ста­тье вер­нуть­ся к участ­ни­кам этой строй­ки и их вкла­дам.

Итак, как мы знаем, сей­час в Ка­ра­да­ше ве­дет­ся стро­и­тель­ство ком­плек­са зда­ний про­ек­та ИТЭР.

Рис. 1 Ком­плекс зда­ний Iter. Вы­со­кое зда­ние в цен­тре - зда­ние то­ка­ма­ка и зда­ние сбор­ки.

Из этих зда­ний клю­че­вые - это соб­ствен­но зда­ние, где рас­по­ло­жен то­ка­мак, плот­но при­стро­ен­ное к нему зда­ние сбор­ки (плот­но оно при­стро­е­но, по­то­му что надо пе­ре­ме­щать грузы до 1500 тонн весом. Де­лать­ся это будет спар­кой мо­сто­вых кра­нов, ко­то­рые ходят по об­ще­му пути из зда­ния сбор­ки в зда­ние то­ка­ма­ка), зда­ние очист­ки (по­ме­ще­ния сбор­ки и то­ка­ма­ка - чи­стые ком­на­ты, по­это­му все что туда по­па­да­ет надо пред­ва­ри­тель­но очи­щать от пыли и ор­га­ни­ки). Без этих трех сбор­ку на­чать невоз­мож­но. Так же на тер­ри­то­рии рас­по­ла­га­ют­ся (они уже за­кон­че­ны) 2 зда­ния для сбор­ки самых круп­ных нетранс­пор­та­бель­ных эле­мен­тов ма­ши­ны - крио­ста­та (ва­ку­ум­ной ка­ме­ры 30х30х30 м, в ко­то­ром рас­по­ло­жен ре­ак­тор) и по­ло­и­даль­ных ка­ту­шек диа­мет­ром 30 м.

Рис. 2 Про­ект­ное изоб­ра­же­ние: спар­ка 750-​тонных кра­нов пе­ре­но­сит ос­но­ва­ние крио­ста­та из зда­ния сбор­ки.

Итак, сбор­ка то­ка­ма­ка на­чи­на­ет­ся после окон­ча­ния стро­и­тель­ства пе­ре­чис­лен­ных зда­ний, гер­ме­ти­за­ции объ­е­ма, уста­нов­ки тех самых мо­сто­вых кра­нов. Про­изой­ти это долж­но было в марте 2016 года, но сей­час, лично мне эта дата ка­жет­ся фан­та­сти­че­ской. Но будем ис­хо­дить из нее, в марте 2016 года все стро­и­тель­ство за­кон­че­но.

К этому мо­мен­ту в зда­нии сбор­ки крио­ста­та из эле­мен­тов, ко­то­рые из­го­тав­ли­ва­ют­ся в Индии (прямо сей­час из­го­тав­ли­ва­ют­ся) долж­ны со­брать ос­но­ва­ние крио­ста­та - первую де­таль сбор­ки. Его ста­вят на самое дно шахты то­ка­ма­ка, после чего при­ва­ри­ва­ют ниж­нию по­ло­ви­ну обе­чай­ки крио­ста­та - ниж­ний ци­линдр крио­ста­та. В по­лу­чив­шу­ю­ся по­ло­вин­ку ва­ку­ум­ной ка­стрюли те­перь необ­хо­ди­мо уло­жить де­та­ли, ко­то­рые рас­по­ло­же­ны под ос­нов­ным тором крио­ста­та (ко­то­рый мы будем на­зы­вать ва­ку­ум­ной ка­ме­рой) пе­ре­чис­лим их:

Рис. 3. Теп­ло­вые экра­ны то­ка­ма­ка.

• - Ниж­ний теп­ло­вой экран (Lower CTS). Слож­ная кон­струк­ция из 20мм нержа­ве­ю­ще­го листа с при­ва­рен­ны­ми труб­ка­ми по ко­то­рым цир­ку­ли­ру­ет га­зо­об­раз­ный гелий при тем­пе­ра­ту­ре 80К. Поз­во­ля­ет сни­зить теп­ло­вой поток на глу­бо­ко крио­ген­ные сверх­про­во­дя­щие ка­туш­ки. Из­го­тав­ли­ва­ет­ся Южной ко­ре­ей.

• - Сверх­про­во­дя­щие по­ло­и­даль­ные ка­туш­ки PF6 и PF5. Из­на­чаль­но по рас­пре­де­ле­нию работ, все по­ло­и­даль­ные ка­туш­ки кроме PF1 долж­ны были де­лать ев­ро­пей­цы в спе­ци­аль­ном ги­гант­ском зда­нии прямо на тер­ри­то­рии ком­плек­са. Од­на­ко бюд­же­та у них не хва­ти­ло, по­это­му PF6 (самую ниж­нюю) от­да­ли в Китай, а для осталь­ных ре­ши­ли с по­мо­щью тен­де­ров на про­из­вод­ство сбить цену. Сей­час эти тен­де­ры по­сле­до­ва­тель­но про­во­дят­ся, но как обыч­но, все это за­дер­жа­ло гра­фик года на пол­то­ра.

• - 2 ком­плек­та си­ло­вых колец (Один за­пас­ной). Стек­ло­пла­сти­ко­вые обода, при по­ли­ме­ри­за­ции сжа­тые уси­ли­ем 16000 тонн, ко­то­рые будут раз­гру­жать кон­стру­цию от дей­ствия элек­тро­маг­нит­ных сил.

• - Сверх­про­во­дя­щие то­ко­в­во­ды ка­ту­шек - эле­мен­ты (всего внизу их 21 штука), ко­то­рый никак не про­су­нуть под уже уста­нов­лен­ный то­ка­мак. Еще один хай­теч­ный неиме­е­та­на­ло­го­вв­ми­ре эле­мент, де­ла­ют Ки­тай­цы. Слож­ность этого эле­мен­та в том, что надо под­клю­чить сверх­про­во­дя­щий про­вод при тем­пе­ра­ту­ре 6 К к мед­ной шине тол­щи­ной с ногу при тем­пе­ра­ту­ре 300 К, и пе­ре­дать через это со­еди­не­ние ток в 68 тысяч ампер.

• - Ниж­ний пояс из 6 кор­рек­ти­ру­ю­щих ка­ту­шек. Сверх­про­во­дя­щие, на от­но­си­тель­но неболь­шой ток. Де­ла­ют (и ре­аль­но уже из­го­тав­ли­ва­ют) опять Ки­тай­цы.

• - Опоры то­ро­и­даль­ных ка­ту­шек и сек­то­ров ва­ку­ум­ной ка­ме­ры. Как обыч­но - до­воль­но хит­рые кон­струк­ции, при­лич­ный вес, пе­ре­ме­ще­ния ком­по­нен­тов при из­ме­не­нии тем­пе­ра­ту­ры, ва­ку­ум, крио­ген­ные усло­вия.

• - Опор­ная ко­лон­на, с по­мо­щью ко­то­рой будет со­би­рать­ся ва­у­ум­ная ка­ме­ра. Вре­мен­ное устрой­ство, ровно по цен­тру всей ма­ши­ны.

Рис. 5. Окон­ча­ние пер­вой фазы сбор­ки iter - уста­нов­ле­ны 2 ниж­ние по­ло­ви­ны крио­ста­та, ка­туш­ки PF6, PF5, ниж­ний теп­ло­вой экран, опоры то­ро­и­даль­ных ка­ту­шек и вспо­мо­га­тель­ные опоры ва­ку­ум­ной ка­ме­ры.

После уста­нов­ки всего этого, можно при­сту­пать к сбор­ке соб­ствен­но серд­ца то­ко­ма­ка - ва­у­ум­ной ка­ме­ры. На пред­ва­ри­тель­ный про­цесс рас­пи­са­ни­ем сбор­ки от­во­дил­ся пе­ри­од с ап­ре­ля 2016 по июль 2017 года.

Сбор­ка серд­ца то­ко­ма­ка, или ва­ку­ум­ной ка­ме­ры будет про­ис­хо­дить путем свар­кой сек­то­ров по 40 гра­ду­сов. Каж­дый сек­тор со­сто­ит из куска ва­ку­ум­ной ка­ме­ры, 2х то­ро­и­даль­ных ка­ту­шек и теп­ло­вых экра­нов между ва­ку­ум­ной ка­ме­рой (ко­то­рая будет на­гре­вать­ся до 250 гра­ду­сов С) и то­ро­и­даль­ны­ми ка­туш­ка­ми (ко­то­рые в ра­бо­те будут ох­даж­де­ны до 4,5 К или -269 С). Пред­ва­ри­тель­ная сбор­ка сек­то­ров будет про­из­во­дит­ся в зда­нии сбор­ки на двух ги­гант­ских ме­ха­ни­зи­ро­ван­ных сбор­щи­ках.

Рис. 5. Уста­нов­ка пред­ва­ри­тель­ной сбор­ки сек­то­ров. Крас­ное - часть ва­ку­ум­ной ка­ме­ры, жел­тое - теп­ло­вые экра­ны, синие - то­ро­и­даль­ные ка­туш­ки, зе­ле­ное - оснаст­ка.

Сбор­ка и уста­нов­ка сек­то­ров будет идти тем­пом 2 сек­то­ра раз в пол­го­да, т.е. все 9 за­кон­чат за 2,5 года. Па­рал­лель­но будет идти при­вар­ка пор­тов ва­ку­ум­ной ка­ме­ры. После уста­нов­ки всего это, вре­мен­ные опоры раз­бе­рут и уста­но­вят внеш­ние ка­туш­ки PF4, PF3, еще набор кор­рек­ти­ру­ю­щих ка­ту­шек. Этот пе­ри­од в рас­пи­са­нии шел с лета 2017 по конец 2019.

Те­перь оста­ет­ся верх­няя часть то­ка­ма­ка - это остав­ши­е­ся по­ло­и­даль­ные ка­туш­ки PF2 и PF1 (ко­то­рая будет из­го­тав­ли­вать­ся в Рос­сии), еще набор кор­рек­ти­ру­ю­щих, еще стек­ло­пла­сти­ко­вые коль­ца, уста­нав­ли­ва­ет­ся верх­няя часть обе­чай­ки крио­ста­та. В то­ка­мак вме­сто сня­той опор­ной ко­лон­ны уста­нав­ли­ва­ют цен­траль­ный со­ле­нойд - еще одна, по­след­няя, ка­туш­ка, пе­ре­мен­ный ток в ко­то­рой по­раж­да­ет ги­гант­ский ток в плаз­ме. Цен­траль­ный со­ле­но­ид из­го­тав­ли­ва­ет США, это еще один ре­корд­ный маг­нит на мак­си­маль­ное поле более 13 тесла при токе 45 ки­ло­ам­пер, вы­со­той 18 мет­ров и диа­мет­ром 4.

Рис. 6. Цен­траль­ный со­ле­но­ид (оранжево-​серый) и его то­ко­в­во­ды, то­ро­и­даль­ные ка­туш­ки и крио­стат.

После этой ра­бо­ты, ко­то­рая по пла­нам долж­на была за­нять весь 2020, можно уста­но­вить верх­ние теп­ло­вые экра­ны, под­клю­чить верх­ние то­ко­про­во­ды к ка­туш­кам, за­кон­чить порты.

Фи­на­лом круп­но­уз­ло­вой сбор­ки долж­но стать уста­нов­ка верх­ней крыш­ки крио­ста­та, и био­за­щи­ты свер­ху.

Рис. 7 Раз­рез зда­ний очис­ки, сбор­ки и то­ка­ма­ка в мо­мент за­вер­ше­ния сбор­ки то­ка­ма­ка.

Од­на­ко, то­ка­мак еще далек от го­тов­но­сти. После за­вер­ше­ния ва­ку­ум­ной ка­ме­ры в ней долж­ны на­чать­ся двух­лет­ние ра­бо­ты по уста­нов­ке внут­рен­них ка­ту­шек (опять ка­туш­ки…) по­дав­ле­ния ELM ре­жи­мов плаз­мы, ка­ту­шек вер­ти­каль­ной ста­би­ли­за­ции плаз­мы, дат­чи­ков, пуч­ков во­дя­ных труб для охла­жде­ния.  

И вот, в 2021 году все мон­таж­ные и даже пус­ко­на­ла­доч­ные  ра­бо­ты пла­ни­ро­ва­лось за­вер­шить.  После этого по­сле­до­ва­ла бы от­кач­ка крио­ста­та до ва­ку­у­ма, про­грев ва­ку­ум­ной ка­ме­ры до 250 гра­ду­сов для де­сорб­ции ле­ту­чих ве­ществ, охла­жде­ние теп­ло­вых экра­нов, маг­ни­тов и то­ко­про­во­дов до ра­бо­чих тем­пе­ра­тур, на­кач­ка ва­ку­ум­ной ка­ме­ры обыч­ным во­до­ро­дом и пер­вое за­жи­га­ние плаз­мы на 1/10 про­ект­ных па­ра­мет­ров - про­сто для про­вер­ки ра­бо­ты ос­нов­ных си­стем.

Прав­да, в “гра­фи­ке за­пус­ка в 2021 году” пла­ни­ро­ва­лась сдача зда­ния то­ка­ма­ка в на­ча­ле 2016 года, а сей­час го­во­рят о 2017 году. Даже если ко­ман­да ко­ор­ди­на­то­ров про­ек­та су­ме­ет за­па­рал­ле­лить ра­бо­ты и уско­рить стро­и­тель­ство - мень­ше чем годом сдвиж­ки мы не обой­дем­ся, и это без бу­ду­щих про­блем, ко­то­рые, ко­неч­но же будут воз­ни­кать.

Кста­ти, с мис­си­ей “нет бу­ду­щим сдвиж­кам впра­во!” в про­ек­те ИТЕР несколь­ко дней назад по­ме­нял­ся ди­рек­тор...