Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Участие России в проекте ИТЭР, часть I.

Аватар пользователя Лектор

Продолжая копать свою полянку, решил написать статейку про участие России в проекте Международного Термоядерного Реактора: сколько это стоит, какие профиты, и как наше участие смотрится на фоне других стран.В силу большого объема информации, придется поделить ее несколько частей.


Итак, участие той или иной страны (а всего участников 7 - Россия, Европейский Союз, США, Китай, Индия, Япония, Южная Корея) в проекте iter построенно следующим образом: Страна-участник организовывает у себя специальное агенство, которое обязуется поставить определенный объем оборудования (основная часть расходов) и немножко денег на жизнь бюрократии международного агенства проекта ИТЭР (примерно 5-10% от общих расходов). Если ЕС взял на себя 45% всех расходов (прежде всего строительство всех зданий, ну и по оборудованию значительный кусок), то остальные участники поставляют примерно по 9% всех расходов проектов в виде материального вклада. В итоге, участие в ИТЭР превращается в прекрасную возможность создавать и развивать в стране новые высокотехнологические предприятия. Или поддержать и загрузить имеющиеся мощности. Поскольку ИТЭР требует передовой инженерии практически по всем фронтам высоких технологий, то схватка за то, кому какие части машины достануться продолжалась порядка 5 лет.


Россия выбирала свои темы исходя из того, что уже освоено (в основном это коснулось раздела научного оборудования) и из того что хотелось бы освоить - например производство сверхпроводников. Всего наш вклад в ИТЭР составит порядка 25-30 млрд рублей, причем серьезные деньги пошли с 2012 года и в этом году был пик (5.6 млрд).

В целом за эти деньги мы приобретем 3 важные составляющие. Итак, номер один:


Промышленно-важные технологии и новые производства.


I. Производство сверхпроводниковых материалов, стрендов, кабелей
Для магнитной системы iter, россия поставляет примерно 20% всего объема сверхпроводника реактора или 130 тонн. Не смотря на то, что сверхпроводники ходят в перспективных уже 50 лет, применение низкотемпературных (охлаждаемых жидким гелием) СП довольно долго ограничивалось научными и экспериментальными задачами. В том числе нераспространенность объясняется дороговизной сверхпроводников на основе ниобия, а та, частично - небольшим объемом производства. . Потребности ИТЭР в СП были примерно в 7-8 раз больше его годового производства, поэтому все участники кроме Индии воспользовались возможность создать у себя промышленное, а не лабораторное производство СП. В России в рамках Росатомовского завода ЧМЗ в г. Глазов, Удмуртия, был создан цех по производству стрендов из NbTi (более технологичный и простой сверхпроводник, но с слабыми характеристиками по току и полю) и Nb3Sn (очень гемморойный СП, который имеет рекордные плотности критического тока). Производство это имеет мощность 30 тонн в год (для сравнения - в 2000 году в мире выпускало 15 тонн в год таких СП). Технология производства провода разработана ВНИИНМ. Технология прорывная, вот только перспективы у нее после окончания поставок в проект ИТЭР не очень - мир стремительно завоевывают высокотемпературные сверхпроводники, сильно продвинувшиеся за последние 15 лет…





Однако поддержать производство на ЧМЗ, кроме МРТ-томографов (которые являются основными потребителями СП-стрендов в мире) сможет осваиваемая в Питерском НИИЭФА другая технология, связанная с ИТЭР


II. Производство больших сверхпроводниковых магнитов.

В магнитной системе ИТЭР, которая состоит из 25 больших катушек есть верхняя полоидальная катушка PF1 (верхнее зеленое колечко на рисунке).







Тем не менее, маленький магнит в рамках ИТЭР является рекордным вне ИТЭР. PF1 будет полностью собрана в НИИЭФА и отвезена морем на строительную площадку iter. Катушка состоит из 256 витков сверхпроводящего кабеля NbTi c током 45000 ампер (!), создает переменное поле порядка 6 тесла, и управляет положением плазмы в реакторе. Катушка собирается из 8 двухслойных силовых стальных “блинов”, на каждый из которых наматывается по ~800 метров кабеля. Затем каждый такой блин обматывается стекловолокном и заливается эпоксидкой и отверждается в вакуумной камере. Это нужно для электрической изоляции и прочности катушки, на которую действуют электромагнитные силы в тысячи тонн.


Для производства этой катушки НИИЭФА совместно со своим НИЦ осваивает несколько технологий - намотки СП-кабеля, его изоляции, создания крупных силовых конструкций таких магнитов, вакуумной эпоксидной изоляции и т.п. Все это может пригодится, при создании, например сверхпроводниковых индукционных накопителей энергии или токоограничителей.  Вообще технологический "выхлоп" для НИИЭФА будет весьма велик.


III. Производство гиротронов для нагрева плазмы.

Гиротрон - это такая сверхмощная высокочастотная радиолампа. Для iter понадобятся гиротроны на частоту 170 гигагерц и длительную мощность в 1 мегаватт - в 2.5 раза больше, чем был рекорд предшественников. Разработкой такого прибора занимается нижегородский ИПФ и фирма Гиком. Для рекордного гиротрона приходится делать рекордный стенд с волноводами и нагрузками на 1 мегаватт, разрабатывать технологию производства больших алмазных окон (для пропуска микроволнового излучения), разрабатывать материалы и детали корпуса, работающие при рекордных плотностях мощности ВЧ излучения и рекордных напряженностей поля. Каждый гиротрон содержит мощный сверхпроводящий соленоид из уже знакомого нам NbTi. Всего планируется поставить 8+1 гиротрон на площадку реактора.


Гиротроны - очень перспективная технология, которая находит применение при обработке материалов и нанесении покрытий, ну и в перспективе возможно появление гиротронов переменной частоты, а это уже прямой путь в радары и передатчики.  Кроме того компания "Гиком" неплохо зарабатывает, поставляя гиротроны и линии передачи в разные научные проекты по всему миру.

IV Вакуумные сильноточные коммутаторы, сильноточные цепи, нагрузочные резисторы на гигаджоулевый уровень.

Сверхпроводящие катушки имеет такую неприятную особенность, как возможность потери сверхпроводящего состояния. При этом энергия, которая запасена в магнитном поле, выделяется внутри проводника. А энергии во всех катушках ИТЭР запасается  на эквивалент 12 тонн тротила. Слава богу, магниты такого размера теряют сверхпроводящее состояние не сразу. Для спасения этой весьма дорогостоящей детали, к каждой катушке подключается специальный резистор, в который сбрасывается запасенная мощность. Для того, что бы переключаться на резистор, нужны “рубильники”, а точнее вакуумные включатели на полный ток - 68000 ампер. Кроме того нужны и выключатели на такой ток, а также контрпульсные устройства, и запасные пировключатели. Все эти устройства (воздухоохлаждаемые резисторы на 200 мегаватт и 5 гигаджоулей, включатели-выключатели на 68 кА а так же алюминиевые водоохлаждаемые токопроводы на 68 кА) разрабатываются в уже знакомом нам НИИЭФА. Вся такая техника весьма перспективна к применению в обычном электрохозяйстве, особенно в сильноточных электролизных производствах.





V. Компоненты первой стенки и опорные модули защитных блоков бланкета  - это машиностроительное производство, которое даст технологии работы с бериллием, биметаллические пластины "медный сплав-нержавеющая сталь", технология турбулентного водяного охлаждения "Гиперварпотрон", комплексные расчетые технологии. Это новый производственный цех в

питерском НИИЭФА и целое конструкторское и производственное подразделение НИКИЭТ



Первая стенка - это одна из вершин технологической сложности ИТЭР. На этот компонент приходится от 1 до 2 мегаватт излучения плазмы на каждый квадратный метр, испарение сверхбыстрыми частицами, которые прорываются сквозь плазму к стенке, жесткое нейтронное излучение, гигантские электромагнитные силы (в сотни тонн) выкручивающие и выламывающие этот элемент из стены. Через него потекут индукционные токи в тысячи ампер, наводящие поля до киловольта. Кроме того, в ходе работы эти элементы будут заменяться роботизированной системой обслуживания ИТЭР. Все это приходится учитывать при проектировании, что выливается в сотни часов тепловых, электрических, ядерно-нейтронных и прочностных расчетов, перебора десятков компоновок и  технологий изготовления. Читая статьи про это изделие машиностроения понимаешь, что кроме новых технологий и производств наша страна,участвуя в iter получает новые кадры и инженерные умения на уровне лучших мировых практик, умение использовать и завязывать многочисленное моделирование при разработке устройств. Поэтому в следующей части статьи мы рассмотрим тот вклад в итэр, который приносит прежде всего новые навыки, умения и кадры.

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя SKY
SKY(5 лет 7 месяцев)(11:22:07 / 09-11-2014)

Спасибо, ждем продолжения.

Аватар пользователя sklyapas
sklyapas(3 года 3 месяца)(11:41:25 / 09-11-2014)

Спасибо. Весьма интересно и познавательно. 

Аватар пользователя ExMuser
ExMuser(4 года 6 месяцев)(12:05:47 / 09-11-2014)

Аааа! Зачем разбили на части?! Это же АШ. Здесь любят многабукав. ТБМ, чуть не кончил, пока читал. :) Автору - огромный респект.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(12:13:52 / 09-11-2014)

Времени нет писать все сразу, на этот пост у меня ушло 3,5 часа, надо же все циферки проверить, все иллюстрации по документации найти. 

Следующей частью планирую инженерный и научный выхлоп для России, а в третей части посмотрим, что будут делать другие участники проекта. 

Аватар пользователя ExMuser
ExMuser(4 года 6 месяцев)(14:31:41 / 09-11-2014)

Ясно, будем подождать. С этого угла ещё никто не освещал вопрос термояда.

Аватар пользователя ExMuser
ExMuser(4 года 6 месяцев)(14:41:18 / 09-11-2014)

"с этого угла" я имел в виду "с этой точки зрения", а не из "медвежьей берлоги". Или из жерла тополя или ярса. :)

Аватар пользователя stranger
stranger(5 лет 2 месяца)(12:23:57 / 09-11-2014)

Спасибо. Интересная работа.

Аватар пользователя vostok68
vostok68(4 года 11 месяцев)(12:27:33 / 09-11-2014)

Спасибо! Очень интересно, если будут ещё подробности - с удовольствием прочитаю! Термояд - Мечта!

Аватар пользователя S.cot
S.cot(3 года 2 месяца)(12:57:15 / 09-11-2014)

Интересно, ждём продолжения.

Аватар пользователя sorotoga
sorotoga(3 года 3 недели)(13:17:05 / 09-11-2014)

Уважаемый Лектор,

спасибо за материал..поясните пожалуйста, как запускается термояд в этом оборудовании..

не могу себе представить реактор выдерживающий 50 млн градусов..как планируется охлаждение?

Заранее спасибо

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(14:59:52 / 09-11-2014)

Пожалуйста за материал.

Температура плазмы очень велика (скорее 150 млн, чем 50), однако за счет магнитного конфаймента ей очень сложно добраться до стенок - на стенки приходит только тормозное излучение плазмы и быстрые нейтроны. Вся эта энергия, исходящая от плазменого шнура (мощность до 700 мегаватт!) будет поглощаться в спеальной защитной стенке - бланкете и специальном устройстве, на которое отводится часть плазмы (диверторе). Дивертор сделан из вольфрама, бланкет в основном из стали, и через них прогоняется тонна воды в секунду. Система охлаждения токамака - еще одна из мозговзрывных сложностей этой машины - порядка 20 тысяч соединений внутри вакуумной камеры, через которые идет вода, и при этом ни в коем случае не должно в саму камеру просочиться ни миллиграмма воды.

Картинки бланкета уже были в моих предыдущих постах, а здесь картинка дивертора.

 

А вот картинка системы водяного охлаждения, что бы представлять себе сложность.



 

Аватар пользователя sorotoga
sorotoga(3 года 3 недели)(15:41:03 / 09-11-2014)

спасибо 

для создания магнитного поля..способного удержать взрыв трития..необходимы гигаватты

в любом случае..очень хорошо..что есть информация

Аватар пользователя Производственник

Просто волосы дыбом. Круть неимоверная! Благодарю за статью!

Аватар пользователя Aleksey_L
Aleksey_L(4 года 5 месяцев)(13:53:41 / 09-11-2014)

С интересом ждем продолжения!

Аватар пользователя htower
htower(5 лет 9 месяцев)(13:56:07 / 09-11-2014)

Спасибо

Аватар пользователя Partisan
Partisan(5 лет 7 месяцев)(14:06:57 / 09-11-2014)

Спасибо, утащил. Если не сложно, вставляйте картинки с расширением .jpg - дурацкий движок остальное не тянет, приходится пересохранять.

Аватар пользователя taurin
taurin(3 года 4 месяца)(14:24:31 / 09-11-2014)

интересно.... но как то очень медлят с термоядом(

Аватар пользователя ExMuser
ExMuser(4 года 6 месяцев)(14:33:42 / 09-11-2014)
Нефть и газ ещё не закончились.
Аватар пользователя Alexandr_A
Alexandr_A(5 лет 6 месяцев)(14:47:26 / 09-11-2014)

Что слышно об американцах, они вроде собирались выйти из проекта?

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(15:02:03 / 09-11-2014)

Американцы один раз вышли и один раз вернулись. У них довольно странное отношение к ИТЭР внутри страны, в итоге их участие в проекте довольно незначительное. Я бы так сказал - в основном это Европейско-Российско-Японский проект. 

Аватар пользователя geolux
geolux(4 года 11 месяцев)(15:37:53 / 09-11-2014)

Очень интересно! Первое впечатление: это (конструкция) слишком сложно, чтобы быть правильным.

Аватар пользователя sorotoga
sorotoga(3 года 3 недели)(16:27:18 / 09-11-2014)

да...слишком сложно

магнитное поле нужно для удержания взрыва...увеличивается давление-поднимается температура-запускается термояд...для удержания термояда первоночальное магнитное поле мало..и не понятно..как вбрасывать новые капсулы с дейтерием и тритием..

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(16:29:31 / 09-11-2014)

Для вбрасывания дробинок замороженной DT смеси там будет специальная газовая пушка, которая эти дробинки будет разгонять до 700 м/с. Магнитное поле там вполне достаточное для удержания. 

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(16:30:10 / 09-11-2014)

Я обычно так и пишу. Как закончу эту серию статей, наверное напишу про DEMO и перспективы термоядерной энергетики вообще.

Аватар пользователя Korilian
Korilian(3 года 10 месяцев)(06:03:34 / 11-11-2014)

Вы даже в статье не выказываете нажежд что эта бандурина заработает, указывыя профиты разработки коственные,  а не прямые. Ведь даже если сравнить характеристики условно рабочего(ведь даже то что закладывают выглядит уныло, а скорее всего этого и не достигнут) ИТЕРа или ДЕМО выходит не радужная картина, АЭС дает ЗНАЧИТЕЛЬНО лучшие показатели с меньшими капиталовложениями(чит. затратами ресурсов и сил). Как по мне итог один, ребенок мертворожден и развивают "это" только по коственным причинам, а не из соображений обеспечить мир "неисчерпаемой" энергией.

З.Ы. Выходит что де-факто перспектив нет(в рамках данного проекта конечно), проект NIF мог дать результат, а вот класической логикой "реактора" и "контролируемой реакцией" достигнут результата минимум эдак через 50 лет.

Аватар пользователя sorotoga
sorotoga(3 года 3 недели)(16:34:46 / 09-11-2014)

вот это меня уважаемый Лектор и смущает...

магнитное поле...способное удержать давление в миллионы атмосфер..может легко пробить газовая пушка со скоростью...обычной пули

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(16:36:42 / 09-11-2014)

Нету там миллионов атмосфер. Давление магнитного поля - примерно 120 атмосфер, давление плазмы - 10-12. Этой плазмы во всей камере содержится меньше грамма. 

Аватар пользователя Vneroznikov
Vneroznikov(5 лет 11 месяцев)(20:57:17 / 09-11-2014)

Вообще-то на незаряженные объекты (а замороженная льдинка из дейтерия и трития именно такая), ну и на объекты в которых ток не течёт, магнитное поле не действует.

Аватар пользователя elfwired
elfwired(5 лет 2 месяца)(14:39:02 / 10-11-2014)

Таблетка замороженного водорода ток не проводит (в отличие от плазмы), поэтому для неё магнитное поле не преграда.

Аватар пользователя Omni
Omni(5 лет 2 месяца)(16:52:08 / 09-11-2014)

Спасибо, жду продолжения.

Аватар пользователя Кот Баюн
Кот Баюн(4 года 10 месяцев)(17:03:30 / 09-11-2014)

Спасибо, очень интересно.

Как мне кажется, выбор на создание низкотемпературных сверхпроводников выглядит вполне логичным. Основной материал используется в нескольких взятых на разработку изделиях.

И дополнительный вопрос. Может ли выбор низкотемпературных проводников относиться к сильноточным устройствам? Какую силу тока сейчас держат высокотемпературные сверхпроводники?

Да, и если строить в Якутске, то не такие уж они и низкотемпературные :)

Аватар пользователя sorotoga
sorotoga(3 года 3 недели)(17:02:50 / 09-11-2014)

я чего то нипонимаю тогда..в любом случае спасибо за материал

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(17:22:40 / 09-11-2014)

>Как мне кажется, выбор на создание низкотемпературных сверхпроводников выглядит вполне логичным.

Вообще потенциальный рынок, особенно в 90х казался безграничным. Поэтому тему производства СП раздербанили по всем участникам, такую штуку хотели себе все :)

>
Может ли выбор низкотемпературных проводников относиться к сильноточным устройствам? 

У СП есть такое понятие критический ток и критическое поле - параметры тока и магнитного поля, при котором теряется сверхпроводимость. ВТСП типа Bi2212 имеют при гелиевой температуре параметры лучше, чем у Nb3Sn, при температуре жидкого азота хуже. Ну и они еще менее технологичные пока, чем Nb3Sn. Однако стремительно прогрессируют.

Если обратится к цифрам - для провода диаметром 0.8 мм Nb3Sn критический ток будет где-то 200 ампер. Медь такого же сечения в жидком гелии будет терять 2 вольта на метр провода (и выделять 400 ватт). А не в жидком гелии - терять 10 вольт на метр и выделять 2 киловатта тепла.


Когда ВТСП победят свои проблемы с нанесением на подложки, с контактами (а фактически уже сейчас есть провода с приемлимыми характеристиками) - они начнут сильно вытеснять НТСП, т.к. поля и токи они держат примерно такие же, как NbTi, только в жидком азоте.

Аватар пользователя RocK
RocK(5 лет 3 недели)(19:29:47 / 09-11-2014)

Да, с температурой азота всё значительно проще.

Забегая немного вперёд - вопрос на засыпку: В DEMO заложены ВСТП с охлаждением азотом? Так же пожелание - опубликовать размеры DEMO красивой картинкой. Он же предпологается здоровенный..

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(23:51:24 / 09-11-2014)

>В DEMO заложены ВСТП с охлаждением азотом? 

Для DEMO сейчас есть 4 варианта, в т.ч. с ВСТП с азотом и диборидом магния с неоном на 20К, как две альтернативы. 


>Так же пожелание - опубликовать размеры DEMO красивой картинкой. Он же предпологается здоровенный.

Обычно дают такую картинку, но надо понимать, что детального проекта DEMO еще нет, и как он будет выглядеть - не очень ясно. Ясно, что он будет раза в полтора больше ITER.


 

Аватар пользователя RocK
RocK(5 лет 3 недели)(01:13:26 / 10-11-2014)

Годится ::) Думал ли кто каких то века три назад, строя водяные мельницы, что всего 10 поколений спустя будут строить огромные ГЭС.. Так и мы сейчас будем смотреть на ИТЭР и ДЕМО, на наши маленькие "водяные мельницы". А спустя пару веков наши планеты будут освещать развешенные на орбитах диполи, с установленной мощностью от сотни петаватт и выше ::) А может мы пойдём другим путём, и обойдёмся вообще без планет. Но одно можно сказать точно - без энергии мы противопоставлять себя энтропии не сможем. И энергии нам надо МНОГО.

Аватар пользователя lva
lva(5 лет 11 месяцев)(19:33:42 / 09-11-2014)

Спасибо!

Аватар пользователя Ягодка
Ягодка(5 лет 9 месяцев)(23:38:34 / 09-11-2014)

Автору глубочайший поклон и спасибо.

С нетерпением жду продолжения. Судя по коментам - далеко не я один.

Еще раз спасибо.

Аватар пользователя cgi
cgi(4 года 9 месяцев)(08:27:07 / 10-11-2014)

Спасибо!
Очень интересная статья!

Аватар пользователя Cat-Advocate
Cat-Advocate(3 года 10 месяцев)(22:04:50 / 10-11-2014)

У меня от таких технологий - просто кайф!

Аватар пользователя Tommy Felt
Tommy Felt(3 года 3 недели)(09:10:24 / 11-11-2014)

«Чепецкий механический завод» (ОАО ЧМЗ) входит в структуру топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом».

Расположен в Удмуртии, в г. Глазов, который в свою очередь стоит на реке Чепца, откуда и название.
 

Информация незасекречена и взята с Википедии.

 

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(10:07:22 / 11-11-2014)

Да, точно, один раз уже удивлялся, сейчас поправлю.

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...