ITER - ITER

Współrzędne : 43.70831°N 5.77741°E 43°42′30″N 5°46′39″E /  / 43.70831; 5.77741

ITER
ITER Logo NoonYellow.svg
Uczestnicy ITER.svg
Ośmiu uczestniczących członków
Tworzenie 24 października 2007
Siedziba Saint-Paul-lès-Durance , Francja
Członkostwo
 Chiny Unia Europejska Indie Japonia Rosja Korea Południowa Stany Zjednoczone
 
 
 
 
 
 

Inne: Australia Kanada Kazachstan Tajlandia Wielka Brytania (w ramach programu Fusion for Energy ) Szwajcaria (jako członek EURATOM )
 
 
 
 
 
  
Dyrektor generalny
Bernard Bigot
Strona internetowa www .iter .org
ITER
Wystawa ITER (01810402) (12219071813) (przycięte).jpg
Mały model ITER
Rodzaj urządzenia Tokamak
Lokalizacja Saint-Paul-lès-Durance , Francja
Specyfikacja techniczna
Główny promień 6,2 m (20 stóp)
Objętość plazmy 840  m 3
Pole magnetyczne 11,8  T (szczytowe pole toroidalne na cewce)
5,3  T (pole toroidalne na osi)
T (szczytowe pole poloidalne na cewce)
Moc grzewcza 320  MW (wejście elektryczne)
50  MW (pochłaniana termicznie)
Moc syntezy MW (wytwarzanie energii elektrycznej)
500  MW (cieplne z fuzji)
Czas rozładowania aż do 1000  s
Historia
Data(y) budowy 2013 – 2025

ITER (początkowo Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termojądrowy , „iter” oznacza „drogę” lub „ścieżkę” po łacinie) to międzynarodowy megaprojekt badawczy i inżynieryjny dotyczący syntezy jądrowej, którego celem jest odtworzenie procesów syntezy jądrowej Słońca w celu wytworzenia energii na Ziemi. Po zakończeniu budowy i pierwszej plazmy, planowanej na koniec 2025 r., będzie to największy na świecie eksperyment fizyki plazmy magnetycznej i największy eksperymentalny reaktor syntezy jądrowej tokamak , który powstaje obok obiektu Cadarache w południowej Francji. ITER będzie największym z ponad 100 reaktorów termojądrowych zbudowanych od lat 50. XX wieku, z dziesięciokrotnie większą objętością plazmy niż jakikolwiek inny działający obecnie tokamak.

Długofalowym celem badań nad syntezą jądrową jest wytwarzanie energii elektrycznej. Deklarowanym celem projektu ITER są badania naukowe i demonstracja technologii dużego reaktora termojądrowego bez wytwarzania energii elektrycznej. Cele ITER to: osiągnięcie wystarczającej fuzji, aby wytworzyć 10 razy więcej mocy cieplnej niż moc cieplna pochłonięta przez plazmę w krótkich okresach czasu; zademonstrowanie i przetestowanie technologii, które byłyby potrzebne do obsługi elektrowni termojądrowej, w tym systemów kriogenicznych, grzewczych, kontrolnych i diagnostycznych, w tym zdalnej konserwacji; osiągnąć i uczyć się z płonącej plazmy; do testowania hodowli trytu ; oraz zademonstrować bezpieczeństwo instalacji termojądrowej.

Reaktor termojądrowy ITER będzie zużywał ponad 300 MW energii elektrycznej, aby plazma pochłonęła 50 MW mocy cieplnej, wytwarzając 500 MW ciepła z fuzji przez okres od 400 do 600 sekund. Oznaczałoby to dziesięciokrotny wzrost mocy nagrzewania plazmy lub, mierzony jako wkład ogrzewania do mocy cieplnej, Q ≥ 10. Europejski projekt syntezy jądrowej STOA ostrzega, że ​​liczba ta odnosi się tylko do energii samej plazmy i że praktyczne ujęcie tej energii do produkcji energii elektrycznej spowodowałoby znaczną niewydolność, której celem ITER nie jest przezwyciężenie. Obecny rekord w produkcji energii przy użyciu syntezy jądrowej jest utrzymywany przez reaktor Joint European Torus , który w 1997 r. wstrzyknął 24 MW mocy grzewczej, aby wytworzyć plazmę o mocy 16 MW, przy Q 0,67. zużywane przez reaktor i obiekty będą się wahać od 110 MW do 620 MW szczytowo przez 30-sekundowe okresy podczas pracy plazmy. Jako reaktor badawczy, wytworzona energia cieplna nie będzie zamieniana na energię elektryczną, ale po prostu wentylowana .

ITER jest finansowany i prowadzony przez siedem stron członkowskich: Unię Europejską , Chiny , Indie , Japonię , Rosję , Koreę Południową i Stany Zjednoczone ; Wielka Brytania i Szwajcaria uczestniczą przez Euratom, a projekt ma umowy o współpracy z Australii, Kazachstanie i Kanadzie.

Budowa kompleksu ITER rozpoczęła się w 2013 r., a montaż tokamaka rozpoczął się w 2020 r. Początkowy budżet był bliski 6 mld euro, ale całkowita cena budowy i eksploatacji ma wynieść od 18 do 22 mld euro; według innych szacunków całkowity koszt wynosi od 45 do 65 miliardów dolarów, chociaż te liczby są kwestionowane przez ITER. Niezależnie od ostatecznego kosztu, ITER został już opisany jako najdroższy eksperyment naukowy wszechczasów, najbardziej skomplikowany projekt inżynieryjny w historii ludzkości i jedna z najambitniejszych współpracy międzyludzkiej od czasu powstania Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (100 mld euro). budżet) oraz Wielki Zderzacz Hadronów (budżet 7,5 mld euro).

Oczekuje się, że planowany następca projektu ITER, DEMO kierowane przez EUROfusion , będzie jednym z pierwszych reaktorów termojądrowych wytwarzających energię elektryczną w środowisku eksperymentalnym.

Tło

ITER będzie wytwarzał energię poprzez fuzję deuteru i trytu z helem.

Fusion ma na celu odtworzenie procesu zachodzącego w gwiazdach, gdzie intensywne ciepło w jądrze łączy jądra i wytwarza ogromne ilości energii w postaci ciepła i światła. Wykorzystanie energii termojądrowej w warunkach naziemnych zapewniłoby energię wystarczającą do zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania, i to w sposób zrównoważony, który ma stosunkowo niewielki wpływ na środowisko. Jeden gram mieszanki paliwowej deuteru i trytu w procesie syntezy jądrowej wytwarza 90 000 kilowatogodzin energii, czyli równowartość 11 ton węgla.

Synteza jądrowa wykorzystuje inne podejście do tradycyjnej energii jądrowej. Obecne elektrownie jądrowe opierają się na rozszczepieniu jądrowym, w którym jądro atomu jest rozszczepiane w celu uwolnienia energii. Fuzja jądrowa wymaga wielu jąder i wykorzystuje intensywne ciepło do ich połączenia, w procesie, który również uwalnia energię.

Fuzja jądrowa ma wiele potencjalnych atrakcji. Paliwo jest stosunkowo obfite lub można je wytworzyć w reaktorze termojądrowym. Po wstępnych testach z deuterem, ITER użyje do fuzji deuteru z trytem ze względu na wysoki potencjał energetyczny tej kombinacji. Pierwszy izotop, deuter , można wyekstrahować z wody morskiej , co oznacza, że ​​jest prawie niewyczerpanym zasobem. Drugi izotop, tryt , występuje w przyrodzie jedynie w śladowych ilościach, a szacowana światowa podaż (głównie produkowana przez ciężkowodne reaktory rozszczepienia CANDU ) to zaledwie 20 kilogramów rocznie, niewystarczające dla elektrowni. ITER będzie testować technologię płaszcza hodowlanego trytu , która umożliwiłaby przyszłemu reaktorowi syntezy jądrowej stworzenie własnego trytu, a tym samym osiągnięcie samowystarczalności. Ponadto, reaktor fuzyjne będzie praktycznie nie wytwarzają CO 2 emisji lub zanieczyszczeń do atmosfery, nie byłoby szans na załamania i jej odpadów promieniotwórczych będzie w większości bardzo krótko w porównaniu z produktami konwencjonalnymi reaktorów (rozszczepienie reaktorach).

W dniu 21 listopada 2006 r. siedmiu partnerów projektu formalnie zgodziło się na sfinansowanie budowy reaktora syntezy jądrowej. Przewiduje się, że program będzie trwał 30 lat – 10 lat na budowę i 20 lat działania. Pierwotnie oczekiwano, że ITER będzie kosztować około 5 mld euro. Jednak opóźnienia, rosnące ceny surowców i zmiany w pierwotnym projekcie spowodowały, że oficjalny budżet wzrósł między 18 a 20 miliardów euro.

Oczekiwano, że budowa reaktora zajmie 10 lat, a ITER planował przetestować swoją pierwszą plazmę w 2020 roku i osiągnąć pełną fuzję do 2023 roku, jednak obecnie planuje się przetestowanie pierwszej plazmy w 2025 roku i pełnej syntezy w 2035 roku. Przygotowanie miejsca rozpoczęło się w Cadarache , Francja i francuski prezydent Emmanuel Macron rozpoczęli fazę montażu projektu podczas ceremonii w 2020 roku. Zgodnie ze zmienionym harmonogramem, prace mające na celu osiągnięcie pierwszego wyładowania plazmy wodorowej są obecnie w 70% zakończone i rozważane na torze.

Kiedy rozpoczynają się eksperymenty termojądrowe, deklarowanym celem projektu ITER jest stanie się pierwszym urządzeniem termojądrowym wytwarzającym energię netto. Oficjalne obliczenia mówią, że 50 MW mocy grzewczej zostanie wstrzyknięte do plazmy, aby wytworzyć moc termojądrową 500 MW dla 400-sekundowych impulsów. W przypadku syntezy jądrowej współczynnik zysku energii syntezy jądrowej jest wyrażony symbolem Q, gdzie Q = 1 jest sytuacją progową. Oznacza to, że celem ITER jest osiągnięcie minimalnej energii syntezy Q=10. Można to porównać do obecnego rekordu syntezy jądrowej osiągniętego przez JET , kiedy wstrzyknął 24 MW energii cieplnej, aby wytworzyć moc wyjściową energii termojądrowej 16 MW, co oznacza Q 0,67.

Istnieje jednak alternatywne obliczenie energii syntezy jądrowej, „inżynieria” Q, która uwzględnia całą energię wymaganą do działania reaktora termojądrowego, a nie tylko energię użytą do nagrzania plazmy. Jak wyjaśniono w książce ITER: The Giant Fusion Reactor , napisanej przez byłego dyrektora ds. komunikacji ITER, Michela Claessensa, „niektórzy obserwatorzy obliczyli, że ITER wykorzysta 300 MW energii elektrycznej do wytworzenia odpowiednika 500 MW mocy cieplnej, czyli Q 1,6. (Używając inżynierii Q, całkowite zużycie energii przez JET wyniosło 700 MW energii elektrycznej, aby uzyskać szczytową moc cieplną 16 MW.)

ITER nie wyprodukuje wystarczającej ilości ciepła do produkcji energii elektrycznej netto i dlatego nie jest wyposażony w turbiny do wytwarzania energii elektrycznej. Zamiast tego ciepło wytworzone w reakcjach fuzji zostanie odprowadzone. Reaktory klasy DEMO, które następują po ITER, mają zademonstrować produkcję netto energii elektrycznej. Z powodu nieefektywności w wytwarzaniu energii elektrycznej i innych czynników, niektórzy inżynierowie jądrowi uważają, że do opłacalności komercyjnych elektrowni termojądrowych wymagany jest współczynnik Q równy 100 – stukrotna produkcja energii.

Historia organizacji

Początkowa współpraca międzynarodowa na rzecz projektu syntezy jądrowej, który był fundamentem ITER, rozpoczęła się w 1979 r. od Międzynarodowego Reaktora Tokamaka (INTOR), który miał czterech partnerów: Związek Radziecki, Europejską Wspólnotę Energii Atomowej , Stany Zjednoczone i Japonię. Jednak projekt INTOR utknął w martwym punkcie, dopóki Michaił Gorbaczow nie został sekretarzem generalnym Komunistycznej Partii Związku Radzieckiego w marcu 1985 r. Gorbaczow po raz pierwszy ożywił zainteresowanie wspólnym projektem syntezy jądrowej podczas spotkania w październiku 1985 r. z prezydentem Francji François Mitterrandem , a potem pomysł był dalej opracowany w listopadzie 1985 roku na Szczycie Genewskim z Ronaldem Reaganem .

Przygotowania do szczytu Gorbaczow-Reagan pokazały, że w pracach nad szczytem nie było żadnych wymiernych porozumień. Jednak projekt ITER nabierał rozpędu w kręgach politycznych ze względu na cichą pracę dwóch fizyków, amerykańskiego naukowca Alvina Trivelpiecea, który w latach 80. pełnił funkcję dyrektora Biura Badań Energetycznych oraz rosyjskiego naukowca Jewgienija Wielikowa, który miał zostać szefem Instytut Kurczatow dla badań jądrowych. Obaj naukowcy wsparli projekt budowy demonstracyjnego reaktora termojądrowego. W tym czasie badania nad syntezą magnetyczną trwały w Japonii, Europie, Związku Radzieckim i Stanach Zjednoczonych, ale Trivelpiece i Wielikow wierzyli, że podjęcie kolejnego kroku w badaniach nad syntezą jądrową będzie wykraczało poza budżet któregokolwiek z kluczowych krajów i że współpraca będzie przydatne na arenie międzynarodowej.

Dr Michael Robert, który jest dyrektorem Programów Międzynarodowych Biura Energii Fuzyjnej w Departamencie Energii Stanów Zjednoczonych, wyjaśnia, że: „We wrześniu 1985 r. poprowadziłem amerykański zespół naukowy do Moskwy w ramach naszych dwustronnych działań w zakresie syntezy jądrowej. Pewnego dnia Wielikow zaproponował mi podczas lunchu swój pomysł, by ZSRR i Stany Zjednoczone współpracowały, aby przejść do reaktora termojądrowego. Moja odpowiedź brzmiała „świetny pomysł”, ale z mojego stanowiska nie jestem w stanie przeforsować tego pomysłu prezydentowi”.

Ten nacisk na współpracę w zakresie syntezy jądrowej jest cytowany jako kluczowy moment dyplomacji naukowej , niemniej jednak w rządzie USA wybuchła poważna walka biurokratyczna o ten projekt. Jednym z argumentów przeciwko współpracy było to, że Sowieci wykorzystaliby ją do kradzieży amerykańskiej technologii i wiedzy. Druga była symboliczna i obejmowała amerykańską krytykę traktowania radzieckiego fizyka Andrieja Sacharowa . Sacharow był wczesnym orędownikiem pokojowego wykorzystania technologii jądrowej i wraz z Igorem Tammem opracował pomysł na tokamak, który jest sercem badań nad syntezą jądrową. Jednak Sacharow popierał także szersze swobody obywatelskie w Związku Radzieckim, a jego działalność przyniosła mu zarówno pokojową nagrodę Nobla w 1975 r., jak i wewnętrzne wygnanie do Rosji, czemu sprzeciwiał się przeprowadzając wielokrotne strajki głodowe. Rada Bezpieczeństwa Narodowego Stanów Zjednoczonych zwołała spotkanie pod kierunkiem Williama Flynn Martin w celu omówienia projektu syntezy jądrowej, które doprowadziły do konsensusu, że USA powinny iść do przodu z projektem.

Doprowadziło to do rozpoczęcia dyskusji nad współpracą w zakresie syntezy jądrowej na szczycie w Genewie i opublikowania historycznego wspólnego oświadczenia Reagana i Gorbaczowa, które podkreślało „potencjalne znaczenie prac mających na celu wykorzystanie kontrolowanej syntezy termojądrowej do celów pokojowych i w związku z tym opowiadało się za jak najszerszy możliwy rozwój współpracy międzynarodowej w pozyskiwaniu tego w istocie niewyczerpanego źródła energii, z korzyścią dla całej ludzkości.” Dla społeczności zajmującej się syntezą jądrową to oświadczenie było przełomem i zostało wzmocnione, gdy Reagan przywołał możliwości fuzji jądrowej na Wspólnej Sesji Kongresu w tym samym miesiącu.

W rezultacie współpraca w międzynarodowym eksperymencie syntezy jądrowej zaczęła się rozwijać. W październiku 1986 r. na szczycie w Reykjaviku powołano tak zwany „Komitet Inicjatywy Czterostronnej” (Europa przez kraje Euratomu, Japonię, ZSRR i USA) w celu nadzorowania rozwoju projektu. Rok później, w marcu 1987 r., w siedzibie Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) w Wiedniu spotkał się Komitet Inicjatywy Czterostronnej . Spotkanie to oznaczało rozpoczęcie koncepcyjnych studiów projektowych reaktorów eksperymentalnych, a także rozpoczęcie negocjacji w kwestiach operacyjnych, takich jak podstawy prawne dla pokojowego wykorzystania technologii termojądrowej, struktura organizacyjna i personel oraz ostateczna lokalizacja projektu. To spotkanie w Wiedniu było również miejscem, w którym projekt został ochrzczony Międzynarodowym Eksperymentalnym Reaktorem Termojądrowym, chociaż szybko nazwano go samym skrótem i łacińskim znaczeniem „droga”.

Pod auspicjami MAEA przeprowadzono fazy projektowania koncepcyjnego i inżynieryjnego. Pierwotne cele techniczne zostały ustalone w 1992 r., a pierwotne działania w zakresie projektowania inżynieryjnego (EDA) zostały ukończone w 1998 r. Zaakceptowany, szczegółowy projekt został zatwierdzony w lipcu 2001 r. w celu zakończenia wydłużonego okresu EDA, a następnie zatwierdzony projekt przeszedł przegląd projektu, który rozpoczął się w listopadzie 2006 r. i zakończył w grudniu 2007 r. Proces projektowania był trudny z powodu sporów dotyczących takich kwestii, jak konieczność stosowania okrągłych przekrojów poprzecznych dla magnetycznego zamknięcia lub przekrojów w kształcie litery „D”. Kwestie te były częściowo odpowiedzialne za tymczasowe wycofanie się Stanów Zjednoczonych z projektu w 1999 r., Po czym ponownie dołączyły w 2003 r.

W tym samym czasie grupa partnerów ITER powiększała się, do projektu przyłączyły się Chiny i Korea Południowa w 2003 r., a Indie formalnie dołączyły w 2005 r.

Toczyła się gorąca rywalizacja o organizację projektu ITER, w której kandydaci ograniczyli się do dwóch możliwych lokalizacji: Francji i Japonii. Rosja, Chiny i Unia Europejska poparły wybór Cadarache we Francji, podczas gdy Stany Zjednoczone, Korea Południowa i Japonia popierają wybór Rokkasho w Japonii. W czerwcu 2005 r. oficjalnie ogłoszono, że ITER zostanie zbudowany na południu Francji w lokalizacji Cadarache. Negocjacje, które doprowadziły do ​​tej decyzji, zakończyły się kompromisem między UE a Japonią, polegającym na tym, że Japonii obiecano 20% personelu badawczego we francuskiej lokalizacji ITER, a także szefa organu administracyjnego ITER. Ponadto uzgodniono, że 8% budżetu na budowę ITER trafi do obiektów partnerskich, które zostaną zbudowane w Japonii.

W dniu 21 listopada 2006 r. podczas ceremonii zorganizowanej przez prezydenta Francji Jacquesa Chiraca w Pałacu Elizejskim w Paryżu międzynarodowe konsorcjum podpisało formalną umowę na budowę reaktora. Wstępne prace mające na celu oczyszczenie terenu pod budowę rozpoczęły się w Cadarache w marcu 2007 r., a po ratyfikacji umowy przez wszystkich partnerów, 24 października 2007 r. oficjalnie utworzono Organizację ITER.

W 2016 roku Australia została pierwszym partnerem niebędącym członkiem projektu. ITER podpisał umowę o współpracy technicznej z Australijską Organizacją Nauki i Technologii Jądrowej (ANSTO), przyznając temu krajowi dostęp do wyników badań ITER w zamian za budowę wybranych części maszyny ITER. W 2017 r. Kazachstan podpisał umowę o współpracy, która położyła podwaliny pod współpracę techniczną między Narodowym Centrum Jądrowym Republiki Kazachstanu a ITER. Ostatnio, po nawiązaniu współpracy z ITER na wczesnych etapach projektu, Kanada podpisała w 2020 r. umowę o współpracy, koncentrującą się na trycie i sprzęcie związanym z trytem.

Projekt rozpoczął swoją pięcioletnią fazę montażu w lipcu 2020 r., zainicjowaną przez prezydenta Francji Emmanuela Macrona w obecności innych członków projektu ITER.

Dyrektorzy Generalni

ITER jest nadzorowany przez organ zarządzający zwany Radą ITER, w skład którego wchodzą przedstawiciele siedmiu sygnatariuszy umowy ITER. Rada ITER odpowiada za ogólne kierowanie organizacją i decyduje o takich kwestiach jak budżet. Rada ITER powołuje również dyrektora generalnego projektu. Do tej pory było trzech dyrektorów generalnych:

Obecny dyrektor generalny Bernard Bigot został powołany w celu zreformowania zarządzania i zarządzania projektem ITER. W styczniu 2019 r. Rada ITER jednogłośnie przegłosowała ponowne wyznaczenie Bigota na drugą pięcioletnią kadencję.

Cele

Misją ITER jest zademonstrowanie wykonalności wykorzystania energii termojądrowej jako wielkoskalowego, bezemisyjnego źródła energii. W szczególności projekt ma na celu:

  • Wyprodukuj na chwilę plazmę termojądrową o mocy cieplnej dziesięciokrotnie większej niż wstrzykiwana moc cieplna ( wartość Q równa 10).
  • Wytwarzaj plazmę w stanie stacjonarnym z wartością Q większą niż 5. ( Q = 1 to naukowa wartość progowa, zdefiniowana we współczynniku przyrostu energii syntezy jądrowej ).
  • Utrzymuj impuls fuzyjny przez maksymalnie 8 minut.
  • Opracowanie technologii i procesów potrzebnych do budowy elektrowni termojądrowej — w tym magnesów nadprzewodzących i zdalnej obsługi (konserwacja przez robota).
  • Sprawdź koncepcje hodowli trytu .
  • Udoskonalenie technologii osłony neutronowej / konwersji ciepła (większość energii w reakcji fuzji D+T jest uwalniana w postaci szybkich neutronów).

Cele projektu ITER nie ograniczają się do stworzenia urządzenia do syntezy jądrowej, ale są znacznie szersze, obejmują budowanie niezbędnych zdolności technicznych, organizacyjnych i logistycznych, umiejętności, narzędzi, łańcuchów dostaw i kultury umożliwiającej zarządzanie takimi megaprojektami wśród uczestniczących krajów, bootstrapping ich lokalne gałęzie przemysłu syntezy jądrowej.

Oś czasu i status

Widok z lotu ptaka na teren ITER w 2018 r.
Stan budowy ITER w 2018 roku
Widok z lotu ptaka na teren ITER w 2020 r.

Od maja 2021 r. ITER jest gotowy w ponad 78% do pierwszego osocza. Start zaplanowano na koniec 2025 roku.

Początki projektu sięgają 1978 roku, kiedy Komisja Europejska , Japonia , Stany Zjednoczone i ZSRR połączyły siły w ramach warsztatów International Tokamak Reactor (INTOR). Inicjatywa ta odbyła się pod auspicjami Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, a jej celem była ocena gotowości syntezy magnetycznej do przejścia do etapu eksperymentalnego reaktora energetycznego (EPR), zidentyfikowanie dodatkowych prac badawczo-rozwojowych, które należy podjąć, oraz zdefiniowanie charakterystykę takiego EPR za pomocą projektu koncepcyjnego. Od 1978 r. do połowy lat 80. setki naukowców i inżynierów zajmujących się syntezą jądrową w każdym z uczestniczących krajów wzięło udział w szczegółowej ocenie systemu utrzymywania tokamaka i możliwości projektowania wykorzystania energii syntezy jądrowej.

W 1985 r. na szczycie w Genewie w 1985 r. Michaił Gorbaczow zasugerował Ronaldowi Reaganowi , aby oba kraje wspólnie podjęły się budowy tokamaka EPR, zgodnie z propozycją warsztatu INTOR. Projekt ITER został zainicjowany w 1988 roku.

Grunt został zburzony w 2007 roku, a budowa kompleksu tokamaka ITER rozpoczęła się w 2013 roku.

Montaż maszyn ruszył 28 lipca 2020 r. Zakończenie budowy obiektu planowane jest na 2025 r., kiedy to może rozpocząć się rozruch reaktora, a pierwsze eksperymenty plazmowe mają się rozpocząć pod koniec tego roku. Kiedy ITER zacznie działać, będzie to największy eksperyment z fizyką plazmy z magnetycznym zamknięciem, z objętością plazmy 840 metrów sześciennych, ośmiokrotnie przewyższający Wspólny Europejski Torus .

Kamienie milowe projektu
Data Wydarzenie
1988 Oficjalne rozpoczęcie projektu ITER. Działania w zakresie projektowania koncepcyjnego trwały od 1988 do 1990 roku.
1992 Działalność w zakresie projektowania inżynieryjnego od 1992 do 1998 roku.
2006 Zatwierdzenie szacunków kosztów na 10 miliardów euro (12,8 miliardów USD) przewidujących rozpoczęcie budowy w 2008 roku i zakończenie dekadę później.
2007 Rozpoczyna się budowa strony
2008 Początek przygotowania terenu, początek trasy ITER.
2009 Zakończenie przygotowania terenu.
2010 Rozpoczęcie wykopalisk kompleksu tokamaka .
2013 Rozpoczyna się budowa kompleksu Tokamak.
2015 Rozpoczyna się budowa Tokamaka, ale harmonogram wydłuża się o co najmniej sześć lat.
2017 Hala montażowa gotowa na sprzęt.
2018-2025 Montaż i integracja:
  • Grudzień 2018: ukończenie podpory betonowej.
  • Lipiec 2019: dolny i dolny cylinder kriostatu zmontowany z kawałków.
  • Kwiecień 2020: ukończenie pierwszego sektora zbiorników próżniowych.
  • Maj 2020: dno kriostatu zainstalowane, rozpoczęto montaż tokamaka.
  • Lipiec 2020: formalne rozpoczęcie montażu maszyn.
  • Październik 2020: rozpoczęcie wspólnego spawania naczynia próżniowego.
  • Czerwiec 2022 (planowany): zainstalowany zbiornik próżniowy.
  • Listopad 2023 (planowany): rozpoczęcie montażu elektrozaworu centralnego.
2025
  • Planowane: zakończenia montażu; Rozpoczyna się faza rozruchu.
  • Planowane: osiągnięcie pierwszej plazmy .
2035 Planowane: rozpoczęcie operacji deuterowo-trytowej .

Przegląd reaktorów

Kiedy deuter i tryt łączą się, dwa jądra łączą się, tworząc jądro helu ( cząstka alfa ) i neutron o wysokiej energii .

2
1
D
+ 3
1
T
4
2
On
+ 1
0
n
+ 17,59  MeV

Podczas gdy prawie wszystkie stabilne izotopy lżejsze w układzie okresowym niż żelazo-56 i nikiel-62 , które mają najwyższą energię wiązania na nukleon , łączą się z innymi izotopami i uwalniają energię, deuter i tryt są zdecydowanie najbardziej atrakcyjne do wytwarzania energii. ponieważ wymagają do tego najniższej energii aktywacji (a zatem najniższej temperatury), wytwarzając jednocześnie najwięcej energii na jednostkę masy.

Wszystkie proto- i średnie gwiazdy promieniują ogromnymi ilościami energii generowanej przez procesy syntezy jądrowej. Masa do masy, proces syntezy deuteru z trytem uwalnia około trzy razy więcej energii niż rozszczepienie uranu-235 i miliony razy więcej energii niż reakcja chemiczna, taka jak spalanie węgla. Celem elektrowni termojądrowej jest wykorzystanie tej energii do produkcji energii elektrycznej.

Energie aktywacji (w większości systemów syntezy jądrowej jest to temperatura wymagana do zainicjowania reakcji) dla reakcji syntezy jądrowej są na ogół wysokie, ponieważ protony w każdym jądrze będą miały tendencję do silnego odpychania się nawzajem, ponieważ każdy z nich ma ten sam ładunek dodatni . Heurystyczne do oszacowania szybkości reakcji jest to, że zarodki muszą być w stanie uzyskać w ciągu 100 femtometers (1 x 10 -13 m) od siebie, przy czym zarodki są coraz częściej przechodzą tunelowany kwantowo piłkę elektrostatycznego barierowych i punktem zwrotnym, w którym silny siła jądrowa i siła elektrostatyczna są równo zrównoważone, co pozwala na ich stopienie. W ITER taka odległość jest możliwa dzięki wysokim temperaturom i magnetycznemu zamknięciu. ITER wykorzystuje sprzęt chłodzący, taki jak kriopompa, do chłodzenia magnesów do poziomu bliskiego zera absolutnego . Wysokie temperatury dają jąderom wystarczającą energię, aby przezwyciężyć ich odpychanie elektrostatyczne (patrz rozkład Maxwella-Boltzmanna ). W przypadku deuteru i trytu optymalne szybkości reakcji występują w temperaturach wyższych niż 100 milionów °C. W ITER plazma zostanie podgrzana do 150 milionów °C (około dziesięciokrotność temperatury jądra Słońca ) przez ogrzewanie omowe (przepuszczanie prądu przez plazmę). Dodatkowe ogrzewanie jest stosowane za pomocą neutralnego wstrzykiwania wiązki (która przecina linie pola magnetycznego bez ugięcia netto i nie powoduje dużych zakłóceń elektromagnetycznych) i częstotliwości radiowej (RF) lub ogrzewania mikrofalowego .

W tak wysokich temperaturach cząstki mają dużą energię kinetyczną , a co za tym idzie prędkość. Nieskrępowane cząstki szybko uciekną, zabierając ze sobą energię, schładzając plazmę do punktu, w którym energia netto nie jest już wytwarzana. Skuteczny reaktor musiałby zawierać cząstki w wystarczająco małej objętości przez wystarczająco długi czas, aby większość plazmy uległa stopieniu. W ITER i wielu innych reaktorach z magnetycznym zamknięciem plazma, gaz naładowanych cząstek, jest zamykana za pomocą pól magnetycznych. Naładowana cząstka poruszająca się w polu magnetycznym doświadcza siły prostopadłej do kierunku ruchu, co powoduje przyspieszenie dośrodkowe , ograniczając w ten sposób ruch po okręgu lub helisie wokół linii strumienia magnetycznego. ITER wykorzysta cztery rodzaje magnesów do przechowywania plazmy: centralny magnes solenoidowy, magnesy poloidalne wokół krawędzi tokamaka, 18 cewek toroidalnych w kształcie litery D oraz cewki korekcyjne.

Potrzebne jest również solidne naczynie ograniczające, zarówno do ochrony magnesów i innego sprzętu przed wysokimi temperaturami oraz energetycznymi fotonami i cząsteczkami, jak i do utrzymywania prawie próżni dla zaludnienia plazmy. Naczynie zabezpieczające jest poddawane działaniu bardzo energetycznych cząstek, w których elektrony, jony, fotony, cząstki alfa i neutrony nieustannie bombardują go i degradują strukturę. Materiał musi być zaprojektowany tak, aby wytrzymać takie środowisko, tak aby elektrownia była ekonomiczna. Testy takich materiałów będą prowadzone zarówno w ITER, jak i IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility).

Po rozpoczęciu syntezy neutrony o wysokiej energii będą promieniować z reaktywnych obszarów plazmy, łatwo przecinając linie pola magnetycznego dzięki neutralności ładunku (patrz strumień neutronów ). Ponieważ to neutrony otrzymują większość energii, będą one głównym źródłem energii wytwarzanej przez ITER. Najlepiej byłoby, gdyby cząstki alfa wydatkowały swoją energię w plazmie, dodatkowo ją ogrzewając.

Wewnętrzna ściana kontenera będzie miała 440 modułów płaszcza, które są zaprojektowane do spowalniania i pochłaniania neutronów w niezawodny i wydajny sposób, a tym samym do ochrony konstrukcji stalowej i nadprzewodzących toroidalnych pól magnetycznych. Na późniejszych etapach projektu ITER eksperymentalne moduły kocowe będą wykorzystywane do testowania trytu hodowlanego na paliwo z kamyków ceramicznych zawierających lit, zawartych w module kocowym, po następujących reakcjach:

1
0
n
+ 6
3
Li
3
1
T
+ 4
2
On
1
0
n
+ 7
3
Li
3
1
T
+ 4
2
On
+ 1
0
n

gdzie reagent neutron jest dostarczany przez reakcję fuzji DT.

Energia pochłonięta z prędkich neutronów jest pobierana i przekazywana do chłodziwa obiegu pierwotnego. Ta energia cieplna byłaby następnie wykorzystywana do zasilania turbiny wytwarzającej energię elektryczną w rzeczywistej elektrowni; w ITER ten system wytwarzania energii elektrycznej nie jest przedmiotem zainteresowania naukowego, więc zamiast tego ciepło będzie pozyskiwane i usuwane.

Projekt techniczny

Rysunek tokamaka ITER i zintegrowanych systemów roślinnych
Rysunek tokamaka ITER i zintegrowanych systemów roślinnych

Naczynie próżniowe

Przekrój części planowanego reaktora termojądrowego ITER.

Centralną częścią maszyny ITER jest naczynie próżniowe: dwuścienny stalowy pojemnik, w którym plazma jest przechowywana za pomocą pól magnetycznych.

Zbiornik próżniowy ITER będzie dwa razy większy i 16 razy cięższy niż jakikolwiek wcześniej wyprodukowany zbiornik do syntezy jądrowej: każdy z dziewięciu sektorów w kształcie torusa będzie ważył około 500 ton, co daje całkowitą masę 5000 ton. Uwzględniając wszystkie osłony i konstrukcje portowe, daje to łącznie 5116 ton. Jego średnica zewnętrzna wyniesie 19,4 metra (64 stopy), wewnętrzna 6,5 ​​metra (21 stóp). Po zmontowaniu cała konstrukcja będzie miała 11,3 metra (37 stóp) wysokości.

Podstawową funkcją naczynia próżniowego jest zapewnienie hermetycznie zamkniętego pojemnika na plazmę. Jego głównymi elementami są statek główny, konstrukcje portowe oraz system nośny. Główny zbiornik jest konstrukcją dwuścienną z poloidowymi i toroidalnymi żebrami usztywniającymi o grubości 60 milimetrów (2,4 cala) w celu wzmocnienia konstrukcji zbiornika. Żebra te tworzą również kanały przepływu wody chłodzącej. Przestrzeń pomiędzy podwójnymi ścianami wypełnią konstrukcje osłonowe wykonane ze stali nierdzewnej. Wewnętrzne powierzchnie statku będą działać jako interfejs z modułami hodowlanymi zawierającymi składnik kocyka hodowlanego. Moduły te zapewnią osłonę przed wysokoenergetycznymi neutronami wytwarzanymi w wyniku reakcji syntezy jądrowej, a niektóre będą również wykorzystywane w koncepcjach hodowli trytu.

Naczynie próżniowe ma łącznie 44 otwory, które są znane jako porty – 18 górnych, 17 równikowych i 9 dolnych – które będą wykorzystywane do operacji zdalnej obsługi, systemów diagnostycznych, wstrzykiwania wiązek neutralnych i pompowania próżniowego. Zdalna obsługa jest konieczna ze względu na radioaktywne wnętrze reaktora po wyłączeniu, które jest spowodowane bombardowaniem neutronami podczas pracy.

Pompowanie próżniowe zostanie wykonane przed rozpoczęciem reakcji fuzji, aby usunąć wszystkie cząsteczki i stworzyć niezbędną niską gęstość, która jest około milion razy mniejsza niż gęstość powietrza.

Koc hodowcy

ITER będzie wykorzystywał paliwo deuterowo-trytowe i chociaż deuter występuje w przyrodzie obficie, tryt jest znacznie rzadszy, ponieważ jest izotopem wodoru o okresie półtrwania wynoszącym zaledwie 12,3 lat, a na ziemi jest tylko około 3,5 kilograma naturalnego trytu. Ze względu na ograniczone dostawy trytu naziemnego , kluczowym elementem projektu reaktora ITER jest koc reprodukcyjny. Ten składnik, znajdujący się w sąsiedztwie naczynia próżniowego, służy do wytwarzania trytu w reakcji z neutronami z plazmy. Istnieje kilka reakcji, które wytwarzają tryt w kocu. Lit-6 wytwarza tryt poprzez reakcje (n,t) z umiarkowanymi neutronami, podczas gdy lit-7 wytwarza tryt poprzez interakcje z neutronami o wyższej energii poprzez reakcje (n,nt).

Koncepcje dotyczące koca hodowlanego obejmują metody chłodzonego helem litowo-ołowiowego (HCLL), chłodzonego helem złoża żwirowego (HCPB) i chłodzonego wodą litowo-ołowiowego (WCLL). Sześć różnych systemów hodowli trytu, znanych jako Test Blanket Modules (TBM), zostanie przetestowanych w ITER i będzie miało wspólną geometrię pudełek. Materiały do ​​zastosowania jako kamyki hodowlane w koncepcji HCPB obejmują metatytanian litu i ortokrzemian litu . Wymagania dotyczące materiałów hodowlanych obejmują dobrą produkcję i ekstrakcję trytu, stabilność mechaniczną i niski poziom aktywacji radioaktywnej.

System magnetyczny

ITER opiera się na fuzji magnetycznej, która wykorzystuje pola magnetyczne do przechowywania paliwa fuzyjnego w postaci plazmy. System magnetyczny zastosowany w tokamaku ITER będzie największym nadprzewodnikowym systemem magnetycznym, jaki kiedykolwiek zbudowano. System będzie wykorzystywał cztery rodzaje magnesów, aby uzyskać zamknięcie plazmy: centralny magnes solenoidowy, magnesy poloidalne, cewki pola toroidalnego i cewki korekcyjne. Centralna cewka elektromagnesu będzie miała 18 metrów wysokości, 4,3 metra szerokości i waży 1000 ton. Użyje nadprzewodzących niobu cyny do przenoszenia 45 kA i wytwarzają pole szczytową ponad 13 tesli .

18 cewek pola toroidalnego będzie również wykorzystywać niobowo-cynę. Są to najpotężniejsze magnesy nadprzewodzące, jakie kiedykolwiek zaprojektowano, o nominalnej szczytowej sile pola wynoszącej 11,8 tesli i zmagazynowanej energii magnetycznej wynoszącej 41 gigadżuli . Inne magnesy ITER o niższym polu (pole poloidalne i cewki korekcyjne) będą wykorzystywać niobowo-tytanowe elementy nadprzewodzące.

Dodatkowe ogrzewanie

Aby osiągnąć fuzję, cząstki plazmy muszą zostać podgrzane do temperatur sięgających nawet 150 milionów °C, a aby osiągnąć te ekstremalne temperatury, należy zastosować wiele metod ogrzewania. W samym tokamaku zmieniające się pola magnetyczne powodują efekt ogrzewania, ale wymagane jest również ogrzewanie zewnętrzne. W ITER będą dostępne trzy rodzaje ogrzewania zewnętrznego:

  • Dwa podgrzewające wtryskiwacze z wiązką neutralną (HNB) o napięciu 1 miliona woltów, z których każdy dostarcza około 16,5 MW do palącej się plazmy, z możliwością dodania trzeciego wtryskiwacza. Wiązki generują elektrycznie naładowane jony deuteru, które są przyspieszane przez pięć siatek, aby osiągnąć wymaganą energię 1MV i mogą działać przez cały czas trwania impulsu plazmy, łącznie do 3600 sekund. Prototyp powstaje w ośrodku testowym wiązek neutralnych (NBTF), który zbudowano w Padwie we Włoszech. Istnieje również mniejsza wiązka neutralna, która zostanie wykorzystana do diagnostyki, aby pomóc wykryć ilość popiołu helu wewnątrz tokamaka.
  • System ogrzewania rezonansem jonowo-cyklotronowym (ICRH), który wstrzykuje 20 MW mocy elektromagnetycznej do plazmy za pomocą anten do generowania fal radiowych o takiej samej szybkości oscylacji jak jony w plazmie.
  • System nagrzewania rezonansowego cyklotronu elektronów (ECRH), który ogrzewa elektrony w plazmie za pomocą wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dużej intensywności.

Kriostat

Kriostat ITER to duża, 3850-tonowa konstrukcja ze stali nierdzewnej otaczająca naczynie próżniowe i magnesy nadprzewodzące w celu zapewnienia superchłodnego środowiska próżniowego. Jego grubość (w zakresie od 50 do 250 milimetrów (2,0 do 9,8 cala)) pozwoli mu wytrzymać naprężenia wywołane ciśnieniem atmosferycznym działającym na zamkniętą objętość 8500 metrów sześciennych. 9 czerwca 2020 Larsen & Toubro zakończył dostawę i instalację modułu kriostatu. Kriostat jest głównym składnikiem kompleksu tokamaka, który znajduje się na izolowanej sejsmicznie podstawie.

Rozdzielacz

Prętów jest urządzeniem w tokamakiem, który pozwala na usuwanie odpadów i zanieczyszczeń z osocza, gdy reaktor pracuje. W ITER divertor będzie odprowadzał ciepło i popiół powstający w procesie fuzji, jednocześnie chroniąc otaczające ściany i zmniejszając zanieczyszczenie plazmą.

Rozdzielacz ITER, który porównywany jest do masywnej popielniczki, składa się z 54 elementów ze stali nierdzewnej, zwanych kasetami. Każda kaseta waży około ośmiu ton i ma wymiary 0,8 metra x 2,3 metra na 3,5 metra. Nad projektem i budową dywertera czuwa agencja Fusion For Energy.

Kiedy tokamak ITER działa, jednostki plazmowe wytrzymują skoki ciepła dochodzące do 20 megawatów na metr kwadratowy, czyli ponad czterokrotnie więcej niż w przypadku statku kosmicznego wchodzącego w ziemską atmosferę.

Testowanie dywertera odbywa się w ośrodku testowym dywertera ITER (IDTF) w Rosji. Placówka ta została utworzona w Instytucie Efremowa w Sankt Petersburgu w ramach porozumienia o zamówieniach ITER, które rozpowszechnia projektowanie i produkcję w krajach członkowskich projektu.

Systemy chłodzenia

Tokamak ITER będzie wykorzystywał połączone systemy chłodzenia do zarządzania ciepłem wytwarzanym podczas pracy. Większość ciepła zostanie usunięta przez pierwotną pętlę chłodzenia wodą, która sama jest chłodzona wodą przez wymiennik ciepła w drugim zamknięciu budynku tokamaka. Wtórną pętlę chłodzący będzie chłodzony większej złożonego, zawierającego wieżę chłodniczą, 5 km (3,1 mil) rurociągu dostarczającego wodę z kanału de Provence i umywalki, które pozwalają na wodę chłodzącą chłodzone i badane na zanieczyszczenia chemiczne i trytu przed wypuszczenie do rzeki Durance . Ten system będzie musiał rozproszyć średnią moc450 MW podczas pracy tokamaka. System ciekłego azotu zapewni dalsze1300 kW chłodzenia do 80  K (-193,2 ° C; -315,7 ° F), a system ciekłego helu zapewni75 kW chłodzenia do 4,5 K (-268,65 ° C; -451,57 ° F). System ciekłego helu zostanie zaprojektowany, wyprodukowany, zainstalowany i uruchomiony przez Air Liquide we Francji.

Lokalizacja

Lokalizacja Cadarache we Francji

Proces wyboru lokalizacji dla ITER był długi i długotrwały. Japonia zaproponowała lokalizację w Rokkasho , Aomori . Rozważano dwie europejskie zakłady, zakład Cadarache we Francji i zakład Vandellòs w Hiszpanii, ale Europejska Rada ds. Konkurencyjności wybrała Caderache jako swojego oficjalnego kandydata w listopadzie 2003 r. Ponadto Kanada ogłosiła ofertę na lokalizację w Clarington w maju 2001 r., ale wycofała się z wyścigu w 2003 roku.

Od tego momentu wybór padł między Francją a Japonią. 3 maja 2005 r. UE i Japonia zgodziły się na proces, który rozstrzygnie ich spór do lipca. Na ostatnim spotkaniu w Moskwie w dniu 28 czerwca 2005 r. uczestniczące strony uzgodniły budowę ITER w Cadarache z Japonią, otrzymując uprzywilejowane partnerstwo obejmujące japońskiego dyrektora generalnego projektu oraz pakiet finansowy na budowę obiektów w Japonii.

Fusion for Energy , agencja UE odpowiedzialna za wkład europejski do projektu, ma siedzibę w Barcelonie w Hiszpanii. Fusion for Energy (F4E) to wspólne przedsięwzięcie Unii Europejskiej na rzecz ITER i rozwoju energii termojądrowej. Według strony internetowej agencji:

F4E odpowiada za wniesienie wkładu Europy do ITER, największego na świecie partnerstwa naukowego, którego celem jest zademonstrowanie syntezy jądrowej jako realnego i zrównoważonego źródła energii. [...] F4E wspiera również inicjatywy badawczo-rozwojowe dotyczące syntezy [...]

ITER Neutralny obiektu wiązki testowe celu opracowania i optymalizacji neutralnego prototyp wtryskiwacza wiązki, jest wykonana w Padwa , Włochy . Będzie to jedyny obiekt ITER poza terenem Cadarache.

Większość budynków w ITER będzie lub była pokryta naprzemiennym wzorem odblaskowej stali nierdzewnej i szarego lakierowanego metalu. Dokonano tego ze względów estetycznych, aby wtopić budynki w otoczenie i wspomóc izolację termiczną.

Uczestnicy

W projekcie ITER uczestniczy ośmiu członków.

Obecnie istnieje siedmiu sygnatariuszy umowy ITER: Unia Europejska (poprzez prawnie wyodrębnioną organizację Euratom ), Chiny , Indie , Japonia , Rosja , Korea Południowa i Stany Zjednoczone .

W wyniku Brexitu Zjednoczone Królestwo formalnie wycofało się z Euratomu w dniu 31 stycznia 2020 r. Jednak zgodnie z warunkami umowy o handlu i współpracy między UE a Zjednoczonym Królestwem Zjednoczone Królestwo pozostaje członkiem ITER w ramach Fusion for Energy po koniec okresu przejściowego 31 grudnia 2020 r.

W 2007 r. ITER podpisał umowę o współpracy z Kazachstanem . W marcu 2009 r. Szwajcaria, członek stowarzyszony Euratomu od 1979 r., również ratyfikowała przystąpienie tego kraju do Europejskiej Agencji Wewnętrznej Fusion for Energy jako członka z państwa trzeciego.

W 2016 r. ITER ogłosił partnerstwo z Australią w zakresie „współpracy technicznej w obszarach obopólnych korzyści i interesów”, ale bez uzyskania przez Australię pełnego członkostwa.

Tajlandia pełni również oficjalną rolę w projekcie po podpisaniu umowy o współpracy między Organizacją ITER a Tajlandzkim Instytutem Technologii Jądrowej w 2018 r. Umowa zapewnia kursy i wykłady dla studentów i naukowców w Tajlandii oraz ułatwia relacje między Tajlandią a projektem ITER .

Kanada była wcześniej pełnoprawnym członkiem wycofanym z powodu braku funduszy od rządu federalnego. Brak funduszy spowodował również wycofanie się Kanady z oferty budowy obiektu ITER w 2003 r. Kanada ponownie przystąpiła do projektu w 2020 r. poprzez umowę o współpracy, która koncentrowała się na trycie i sprzęcie związanym z trytem.

Prace ITER nadzoruje Rada ITER, która ma uprawnienia do mianowania kadry kierowniczej, zmiany przepisów, decydowania o kwestiach budżetowych oraz zezwalania dodatkowym państwom lub organizacjom na udział w ITER. Obecnym przewodniczącym Rady ITER jest Won Namkung, a dyrektorem generalnym ITER jest Bernard Bigot .

Członkowie

Osoby niebędące członkami

Agencje krajowe

Każdy członek projektu ITER – Chiny, Unia Europejska, Indie, Japonia, Korea, Rosja i Stany Zjednoczone – utworzył agencję krajową, aby wypełnić swoje obowiązki w zakresie wkładu i zaopatrzenia. Agencje te zatrudniają własnych pracowników, dysponują własnym budżetem i bezpośrednio nadzorują wszystkie kontrakty przemysłowe i podwykonawstwo.

ITER Chiny

Wkład Chin do projektu ITER jest zarządzany za pośrednictwem chińskiego międzynarodowego programu energii syntezy jądrowej lub CNDA. Chińska agencja pracuje nad komponentami, takimi jak cewka korekcyjna, wsporniki magnesów, pierwsza ściana i osłona ekranu. Chiny prowadzą również eksperymenty na tokamaku HL-2M w Chengdu, aby wesprzeć badania ITER.

Fuzja dla energii

Fusion for Energy , często określana jako F4E, to agencja Unii Europejskiej odpowiedzialna za europejski wkład w ITER. F4E została założona w 2007 roku, a jej siedziba znajduje się w Barcelonie w Hiszpanii, a kolejne biura znajdują się w Cadarache we Francji, Garching w Niemczech i Rokkasho w Japonii. F4E odpowiada za wkład w projektowanie i produkcję komponentów, takich jak naczynie próżniowe, dywertor i magnesy.

ITER-Indie

ITER-India to specjalny projekt prowadzony przez indyjski Instytut Badań Plazmowych . Placówka badawcza ITER-India znajduje się w Ahmedabadzie w stanie Gujarat . Indyjskie osiągnięcia w ramach projektu ITER obejmują kriostat, systemy ekranowania wewnątrz statku, systemy chłodzenia i wody chłodzącej.

ITER Japonia

Japońskie Narodowe Instytuty Nauk i Technologii Kwantowych i Radiologicznych (QST) są obecnie wyznaczoną japońską agencją krajową projektu ITER. Organizacja ma siedzibę w Chiba w Japonii. Japonia współpracuje z Organizacją ITER i członkami ITER, aby pomóc zaprojektować i wyprodukować komponenty do tokamaka, w tym system zdalnej obsługi koca, cewki cewek centralnych, systemy diagnostyki plazmy oraz systemy ogrzewania z wtryskiem wiązki neutralnej.

ITER Korea

ITER Korea została założona w 2007 roku w ramach koreańskiego Narodowego Instytutu Badań nad syntezą jądrową , a organizacja ma siedzibę w Daejeon w Korei Południowej. Wśród zamówień, za które odpowiada ITER Korea, znajdują się cztery sektory: zbiornik próżniowy, blok osłony koca, osłony termiczne oraz system przechowywania i dostarczania trytu.

ITER Rosja

Rosja zajmuje jedno z kluczowych stanowisk w realizacji międzynarodowego projektu ITER. Wkład Federacji Rosyjskiej w projekt ITER polega na produkcji i dostawie zaawansowanego technologicznie sprzętu i podstawowych systemów reaktorów. Wkład Federacji Rosyjskiej odbywa się pod egidą Rosatomu lub Państwowej Korporacji Energii Atomowej. Federacja Rosyjska ma wiele zobowiązań wobec projektu ITER, w tym dostawę 22 km przewodów opartych na 80 tonach nadprzewodzących splotek Nb3Sn do uzwojeń pola toroidalnego oraz 11 km przewodów opartych na 40 tonach nadprzewodzących splotek NbTi do uzwojeń cewki pola poloidalnego układu magnetycznego ITER. Rosja odpowiada za produkcję 179 najbardziej energochłonnych (do 5 MW/mkw.) paneli Pierwszego Muru. Panele pokryte są płytkami berylowymi lutowanymi do brązu CuCrZr, który jest połączony ze stalową podstawą. Rozmiar panelu do 2 m szerokości, 1,4 m wysokości; jego masa wynosi około 1000 kg. Obowiązek Federacji Rosyjskiej obejmuje również przeprowadzanie testów termicznych elementów ITER, które są zwrócone w stronę plazmy. Dziś Rosja dzięki udziałowi w Projekcie posiada pełną dokumentację projektową reaktora ITER.

US ITER

US ITER jest częścią amerykańskiego Departamentu Energii i jest zarządzana przez Oak Ridge National Laboratory w Tennessee. US ITER jest odpowiedzialny zarówno za projektowanie, jak i produkcję komponentów do projektu ITER, a amerykańskie zaangażowanie obejmuje wkład w system chłodzenia tokamaka, systemy diagnostyczne, linie przesyłowe ogrzewania cyklotronowego elektronów i jonów, toroidalne i centralne systemy magnesów elektromagnetycznych oraz systemy wtrysku pelletu.

Finansowanie

W 2006 r. umowa ITER została podpisana na podstawie szacowanego kosztu 5,9 mld euro w okresie dziesięciu lat. W 2008 r., w wyniku przeglądu projektu, szacunki zostały skorygowane w górę do około 19 miliardów euro. Oczekuje się, że od 2016 r. łączna cena budowy i obsługi eksperymentu przekroczy 22 mld euro, co stanowi wzrost o 4,6 mld euro w porównaniu z szacunkiem z 2010 r. i 9,6 mld euro w porównaniu z szacunkiem z 2009 r.

Na konferencji w czerwcu 2005 r. w Moskwie uczestniczący członkowie współpracy ITER uzgodnili następujący podział wkładów finansowych na fazę budowy: 45,5% przez członka goszczącego, Unię Europejską, a reszta podzielona między członków niebędących gospodarzami na stawka 9,1% dla Chin, Indii, Japonii, Korei Południowej, Federacji Rosyjskiej i USA. W fazie eksploatacji i dezaktywacji Euratom pokryje 34% całkowitych kosztów, Japonia i Stany Zjednoczone 13%, a Chiny, Indie, Korea i Rosja 10%.

Dziewięćdziesiąt procent składek zostanie przekazanych „w naturze” we własnej walucie ITER, jednostkach rozliczeniowych ITER (IUA). Chociaż wkład finansowy Japonii jako członka niebędącego członkiem nieprzyjmującym wynosi jedną jedenastą całości, UE zgodziła się przyznać jej specjalny status, tak aby Japonia zapewniła dwie jedenaste personelowi badawczemu w Cadarache i otrzymała dwie jedenaste kontraktów budowlanych, a składki pracowników i komponentów budowlanych Unii Europejskiej zostaną zredukowane z pięciu jedenastych do czterech jedenastych.

Przedmiotem debaty był wkład Stanów Zjednoczonych w ITER. Departament Energii USA oszacował całkowite koszty budowy do 2025 r., w tym wkłady rzeczowe, na 65 miliardów dolarów, chociaż ITER kwestionuje tę kalkulację. Po zmniejszeniu środków na ITER w 2017 r. Stany Zjednoczone podwoiły swój początkowy budżet do 122 mln USD wkładu rzeczowego w 2018 r. Szacuje się, że całkowity wkład w ITER w 2020 r. wyniósł 247 mln USD, co stanowi część program nauk o energii syntezy jądrowej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Zgodnie ze strategicznym planem prowadzenia amerykańskich wysiłków na rzecz energii termojądrowej, który został zatwierdzony w styczniu 2021 r., Departament Energii USA polecił Komitetowi Doradczemu ds. Energii Fuzyjnej założenie, że Stany Zjednoczone będą nadal finansować ITER przez okres dziesięciu lat.

Wsparcie dla budżetu europejskiego na ITER również zmieniało się w trakcie realizacji projektu. W grudniu 2010 r. poinformowano, że Parlament Europejski odmówił zatwierdzenia planu państw członkowskich przesunięcia 1,4 mld euro z budżetu na pokrycie niedoboru kosztów budowy ITER w latach 2012–2013. Zamknięcie budżetu na 2010 r. wymagało zrewidowania tego planu finansowego, a Komisja Europejska (KE) została zmuszona do przedstawienia w 2011 r. propozycji rezolucji budżetowej ITER. Ostatecznie europejski wkład do ITER na lata 2014–2020 został ustalony na 2,9 mld euro. Ostatnio, w lutym 2021 r., Rada Europejska zatwierdziła finansowanie ITER w wysokości 5,61 mld euro na lata 2021–2027.

Produkcja

Budowa tokamaka ITER została porównana do montażu „wielkiej trójwymiarowej układanki”, ponieważ części są produkowane na całym świecie, a następnie wysyłane do Francji na montaż. Ten system montażu jest wynikiem umowy ITER, która stanowi, że składki członkowskie miały być w większości „w naturze” z krajów produkujących komponenty, zamiast zapewniać pieniądze. System ten został opracowany w celu zapewnienia bodźców ekonomicznych i wiedzy eksperckiej w zakresie syntezy jądrowej w krajach finansujących projekt, a ogólne ramy wymagały, aby 90% składek członkowskich miało być w postaci materiałów lub komponentów, a 10% w formie pieniężnej.

W rezultacie od rozpoczęcia projektu podpisano ponad 2800 umów projektowych lub produkcyjnych. Według szacunków francuskiego ministra ds. badań, edukacji i innowacji Frédérique Vidal z 2017 r. w budowę ITER zaangażowanych było 500 firm, a Bernard Bigot stwierdził, że od 2007 r. głównym wykonawcom w samej Europie przyznano kontrakty o wartości 7 mld euro.

Cały montaż tokamaka jest nadzorowany w ramach kontraktu o wartości 174 mln euro przyznanego firmie Momentum, spółce joint venture Amec Foster Wheeler (Wielka Brytania), Assystem (Francja) i Kepco (Korea Południowa). Jednym z największych przetargów był kontrakt o wartości 530 milionów euro na systemy HVAC oraz urządzenia mechaniczne i elektryczne, który został przyznany europejskiemu konsorcjum składającemu się z ENGIE (Francja) i Exyte (Niemcy). Kontrakt na montaż tokamaka o wartości 200 mln euro trafił również do europejskiego konsorcjum Dynamic, w skład którego wchodzą firmy Ansaldo Energia (Włochy), ENGIE (Francja) i SIMIC (Włochy). Francuski konglomerat przemysłowy Daher otrzymał ponad 100 milionów euro w kontraktach logistycznych dla ITER, które obejmują dostawę ciężkich komponentów od różnych producentów z całego świata.

W Ameryce US ITER przyznał amerykańskim firmom kontrakty o wartości 1,3 miliarda USD od początku projektu, a szacuje się, że przyszłe kontrakty mają jeszcze zostać zrealizowane w wysokości 800 milionów USD. Główne kontrakty w USA obejmują wybór General Atomics do zaprojektowania i wyprodukowania kluczowego centralnego magnesu elektromagnetycznego.

W 2019 roku chińskie konsorcjum kierowane przez China Nuclear Power Engineering Corporation podpisało kontrakt na montaż maszyn w ITER, który był największym kontraktem na energię jądrową podpisanym przez chińską firmę w Europie.

Rosja dostarcza systemy wtrysku magnetycznego i próżniowego dla ITER, którego budowa jest realizowana w stoczni Sredne-Nevsky w Sankt Petersburgu.

W Indiach kontrakt na budowę kriostatu, jednego z fundamentalnych elementów tokamaka, został przyznany firmie Larsen & Toubro , która ma również kontrakty ITER na systemy chłodzenia wodą.

Dwóch japońskich liderów przemysłowych, Toshiba Energy Systems & Solutions oraz Mitsibishi Heavy Industries, ma kontrakty na produkcję cewek torodialnych dla ITER. Budowa kolejnej kluczowej części tokamaka, naczynia próżniowego, została przyznana firmie Hyundai Heavy Industries i jest budowana w Korei.

Krytyka

Projekt ITER został skrytykowany za takie kwestie, jak jego możliwy wpływ na środowisko, jego użyteczność w odpowiedzi na zmiany klimatu, projekt tokamaka oraz sposób wyrażenia celów eksperymentu.

Kiedy w 2005 r. ogłoszono Francję jako miejsce realizacji projektu ITER, kilku europejskich ekologów sprzeciwiło się temu projektowi. Na przykład francuski polityk Noël Mamère przekonywał, że walka z globalnym ociepleniem zostanie zaniedbana w wyniku ITER: „To nie jest dobra wiadomość dla walki z efektem cieplarnianym, ponieważ zamierzamy przeznaczyć dziesięć miliardów euro na projekt który ma okres 30–50 lat, kiedy nie jesteśmy nawet pewni, czy będzie skuteczny”. Jednak inne francuskie stowarzyszenie ekologiczne Association des Ecologistes Pour le Nucléaire (AEPN) z zadowoleniem przyjęło projekt ITER jako ważny element odpowiedzi na klimat reszta.

W szerszym sektorze syntezy jądrowej wielu badaczy pracujących nad systemami innymi niż tokamak, takich jak niezależny naukowiec zajmujący się syntezą termojądrową Eric Lerner , argumentowało, że inne projekty termojądrowe stanowiłyby ułamek kosztów ITER i mogłyby być potencjalnie bardziej opłacalnym i/lub lepszym rozwiązaniem. opłacalna droga do energii termojądrowej. Inni krytycy, tacy jak Daniel Jassby, oskarżają badaczy ITER o niechęć do zmierzenia się z potencjalnymi problemami technicznymi i ekonomicznymi, jakie stwarzają schematy syntezy tokamaków.

Jeśli chodzi o konstrukcję tokamaka, jeden problem wynikał z interpolacji bazy danych parametrów tokamaka z 2013 r., która wykazała, że ​​obciążenie mocą dywertera tokamaka będzie pięciokrotnie wyższe niż wcześniej oczekiwana wartość. Biorąc pod uwagę, że przewidywane obciążenie mocy dywertera ITER będzie już bardzo wysokie, te nowe odkrycia doprowadziły do ​​powstania nowych inicjatyw testowania projektów.

Inną kwestią, którą podnieśli krytycy w związku z ITER i przyszłymi projektami syntezy deuteru z trytem (DT), jest dostępna podaż trytu. W obecnej sytuacji ITER wykorzysta do swojego eksperymentu wszystkie istniejące zapasy trytu, a obecna najnowocześniejsza technologia nie jest wystarczająca do wytworzenia wystarczającej ilości trytu, aby zaspokoić potrzeby przyszłych eksperymentów cyklu paliwowego DT w zakresie energii termojądrowej. Zgodnie z konkluzją badania z 2020 r., w którym przeanalizowano kwestię trytu, „pomyślny rozwój cyklu paliwowego DT dla DEMO i przyszłych reaktorów termojądrowych wymaga intensywnego programu badawczo-rozwojowego w kluczowych obszarach fizyki plazmy i technologii syntezy jądrowej”.

Odpowiedzi na krytykę

Zwolennicy uważają, że znaczna część krytyki ITER jest myląca i niedokładna, w szczególności zarzuty dotyczące „nieodłącznego zagrożenia” eksperymentu. Deklarowane cele dla projektu komercyjnej elektrowni termojądrowej są takie, że ilość wytwarzanych odpadów radioaktywnych powinna być setki razy mniejsza niż w reaktorze rozszczepienia i nie powinna wytwarzać długożyciowych odpadów radioaktywnych oraz że jest to niemożliwe dla żadnego taki reaktor, aby przejść niekontrolowaną reakcję łańcuchową na dużą skalę . Bezpośredni kontakt plazmy z wewnętrznymi ścianami ITER spowodowałby jej skażenie, powodując natychmiastowe ochłodzenie i zatrzymanie procesu fuzji. Ponadto ilość paliwa zawartego w komorze reaktora termojądrowego (pół grama paliwa deuter/tryt) wystarcza tylko do podtrzymania impulsu spalania syntezy termojądrowej od minut do najwyżej godziny, podczas gdy reaktor rozszczepienia zwykle zawiera kilka lat”. wartość paliwa. Ponadto zostaną wdrożone niektóre systemy oczyszczania, tak aby przy poziomie zapasów w cyklu paliwowym wynoszącym około 2 kg (4,4 funta) ITER ostatecznie musiał poddać recyklingowi duże ilości trytu i przy obrotach o rzędy wielkości wyższych niż w jakimkolwiek poprzednim zakładzie trytu na całym świecie .

Oczekuje się, że w przypadku awarii (lub sabotażu) reaktor termojądrowy uwolni znacznie mniej zanieczyszczeń radioaktywnych niż zwykła stacja jądrowa. Co więcej, rodzaj energii termojądrowej ITER ma niewiele wspólnego z technologią broni jądrowej i nie wytwarza materiałów rozszczepialnych niezbędnych do budowy broni. Zwolennicy zauważają, że energia termojądrowa na dużą skalę byłaby w stanie produkować niezawodną energię elektryczną na żądanie i praktycznie bez zanieczyszczeń (nie są wytwarzane gazowe produkty uboczne CO 2 , SO 2 lub NO x ).

Według naukowców z reaktora demonstracyjnego w Japonii, generator termojądrowy powinien być wykonalny w latach 30. XX wieku, a nie później niż w latach 50. XX wieku. Japonia prowadzi własny program badawczy z kilkoma ośrodkami operacyjnymi, które badają kilka ścieżek syntezy jądrowej.

W samych Stanach Zjednoczonych roczna sprzedaż energii elektrycznej wynosi 210 miliardów USD. W latach 1990-1999 sektor energii elektrycznej w Azji przyciągnął 93 miliardy dolarów prywatnych inwestycji. Dane te uwzględniają jedynie ceny bieżące. Zwolennicy ITER twierdzą, że inwestycję w badania należy postrzegać teraz jako próbę uzyskania znacznie większego zwrotu w przyszłości, a badanie z lat 2017-18 dotyczące wpływu inwestycji ITER na gospodarkę UE wykazało, że „w perspektywie średnio- i długoterminowej , zaangażowanie UE w ITER może przynieść pozytywny zwrot z inwestycji”. Ponadto światowe inwestycje w ITER wynoszące mniej niż 1 mld USD rocznie nie są sprzeczne z równoczesnymi badaniami nad innymi metodami wytwarzania energii, które w 2007 r. wyniosły 16,9 mld USD.

Zwolennicy ITER podkreślają, że jedynym sposobem przetestowania pomysłów na wytrzymanie intensywnego strumienia neutronów jest eksperymentalne poddanie materiałów temu strumieniowi, co jest jedną z głównych misji ITER i IFMIF, a oba obiekty będą niezwykle ważne dla tych wysiłków. Celem projektu ITER jest zbadanie zagadnień naukowych i inżynieryjnych dotyczących potencjalnych elektrowni termojądrowych. Uzyskanie zadowalających danych dotyczących właściwości materiałów, które mają podlegać intensywnemu strumieniowi neutronów, jest prawie niemożliwe, a płonąca plazma ma mieć zupełnie inne właściwości niż plazma ogrzewana zewnętrznie. Zwolennicy twierdzą, że odpowiedź na te pytania wymaga eksperymentu ITER, zwłaszcza w świetle ogromnych potencjalnych korzyści.

Co więcej, główna linia badań za pomocą tokamaków została rozwinięta do tego stopnia, że ​​możliwe jest teraz podjęcie przedostatniego kroku w badaniach fizyki plazmy z magnetycznym uwięzieniem z samopodtrzymującą się reakcją. W programie badawczym tokamaka ostatnie postępy poświęcone kontrolowaniu konfiguracji plazmy doprowadziły do ​​osiągnięcia znacznie ulepszonego ograniczenia energii i ciśnienia, co zmniejsza przewidywany koszt energii elektrycznej z takich reaktorów dwukrotnie do wartości około 50 o % więcej niż przewidywany koszt energii elektrycznej z zaawansowanych reaktorów lekkowodnych . Ponadto postęp w opracowywaniu zaawansowanych materiałów strukturalnych o niskiej aktywacji potwierdza obietnicę przyjaznych dla środowiska reaktorów termojądrowych, a badania nad alternatywnymi koncepcjami odosobnienia dają nadzieję na przyszłe ulepszenia w odosobnieniu. Wreszcie, zwolennicy twierdzą, że inne potencjalne zamienniki paliw kopalnych mają swoje własne problemy środowiskowe. Energia słoneczna , wiatrowa i hydroelektryczna mają bardzo niską gęstość powierzchniową mocy w porównaniu z następcą ITER-a DEMO, który przy 2000 MW miałby gęstość energii przewyższającą nawet duże elektrownie rozszczepialne.

Bezpieczeństwo projektu jest regulowane zgodnie z francuskimi i unijnymi przepisami dotyczącymi energetyki jądrowej. W 2011 r. francuski Urząd ds. Bezpieczeństwa Jądrowego (ASN) wydał pozytywną opinię, a następnie, na podstawie francuskiej ustawy o przejrzystości i bezpieczeństwie jądrowym, wniosek o wydanie zezwolenia został poddany publicznemu dochodzeniu, które umożliwiło ogółowi społeczeństwa składanie wniosków o udzielenie informacji dotyczących bezpieczeństwa. z projektu. Zgodnie z opublikowanymi ocenami bezpieczeństwa (zatwierdzonymi przez ASN), w najgorszym przypadku wycieku z reaktora, uwolniona radioaktywność nie przekroczy 1/1000 naturalnego promieniowania tła i nie będzie wymagana ewakuacja lokalnych mieszkańców. Cała instalacja zawiera szereg testów wytrzymałościowych, aby potwierdzić skuteczność wszystkich barier. Cały budynek reaktora zbudowany jest na prawie 500 sejsmicznych kolumnach zawieszenia, a cały kompleks znajduje się prawie 300 m n.p.m. Ogólnie rzecz biorąc, w projekcie bezpieczeństwa kompleksu założono niezwykle rzadkie zdarzenia, takie jak 100-letnia powódź pobliskiej rzeki Durance i 10 000-letnie trzęsienia ziemi, a odpowiednie zabezpieczenia są częścią projektu.

W latach 2008-2017 projekt wygenerował 34 000 roboczolat w samej gospodarce UE. Szacuje się, że w okresie 2018–2030 wygeneruje kolejne 74 000 roboczolat i 15,9 mld euro wartości brutto.

Podobne projekty

Prekursorami ITER były EAST , SST-1 , KSTAR , JET i Tore Supra . Podobne reaktory obejmują Wendelstein 7-X . Rosja rozwija tokamak T-15MD równolegle ze swoim udziałem w ITER. Inne planowane i proponowane reaktory termojądrowe to SPARC , DEMO , NIF , HiPER , MAST , SST-2 , CFETR ( China Fusion Engineering Test Reactor ) .200 MW tokamak i inne elektrownie termojądrowe „w fazie DEMO” krajowe lub prywatne.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Claessens, Michel. (2020). ITER: Gigantyczny reaktor termojądrowy: Sprowadzanie Słońca na Ziemię . Skoczek.

Kleryku, Danielu. (2013). Kawałek Słońca . Gerald Duckworth & Co. Ltd.

ITER. (2018). Plan badawczy ITER w ramach podejścia etapowego (poziom III – wersja tymczasowa) . ITER.

Wendell Horton, Jr, C. i Sadruddin Benkadda. (2015). Fizyka ITER . Światowy Naukowy.

Zewnętrzne linki