经过十年的设计和制造,通用原子公司准备船中央螺线管的第一个模块,世界上最强大的磁铁。它将成为ITER的核心组成部分,机器复制太阳核聚变能量。ITER正在建在法国南部35伙伴国家。
ITER的使命是为了证明从氢聚变能源地球上可以创建和控制。聚变能是无碳、安全、经济。权力社会亚博网站下载的材料与氢融合了数百万年很容易丰富。
尽管Covid-19的挑战,建造ITER几乎是75%。在过去的15个月,大规模的第一个全新的组件已经开始抵达法国来自三大洲。当组装在一起,他们将构成了ITER托卡马克装置,一个“太阳在地球上”来演示融合在工业规模。
ITER是35的合作伙伴国家:欧盟(加上英国和瑞士),中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国。ITER的大部分资金的形式贡献组件。这种安排驱动公司如通用原子公司扩大融合所需的未来技术方面的专长。
中央电磁ITER最大的磁铁,将由六个模块组成的。这是一个最大的美国对ITER的贡献。
完全组装,这将是18米(59英尺)高,(14英尺)宽4.25米,重一千吨。它将ITER等离子体中产生强大的电流,帮助在长脉冲形状和控制聚变反应。它有时被称为“跳动的心脏”ITER的机器。
多么强大中央电磁——它的磁力强了一艘航空母舰2米(6英尺)到空气中。在其核心,它将达到13特斯拉的磁场强度,比地球磁场强280000倍。中央的支持结构电磁将不得不承受力量等于两次发射航天飞机的推力。
今年早些时候,通用原子公司(GA)完成最终测试的第一个中央电磁模块。本周它将被加载到一个特殊的重型运输卡车装运到休斯顿,它将被放置在法国南部的远洋船只装运。
中央电磁将发挥至关重要的作用在ITER的使命建立聚变能实用,干净、安全、取之不尽的源泉丰富、无碳电力。
“这个项目最大的之一,有史以来最复杂和苛刻的磁铁项目,“约翰·史密斯说,GA的工程总监和项目。“我代表整个团队当我说这是最重要的,职业生涯的重要项目。我们都觉得在工作的责任,有可能改变世界。这是一个重大成就的GA团队和我们ITER。”
中央电磁模块制造业务GA的磁铁技术中心,加利福尼亚圣地亚哥附近的指导下美国ITER项目,由橡树岭国家实验室(ORNL)。五个额外的中央电磁模块,加一个备用,在制造的不同阶段。模块2将于八月份装运。
融合的承诺
氢聚变是理想的发电方法。在海水氘燃料是现成的,唯一的副产品是氦。像天然气,煤,或裂变核电站,融合工厂将提供高度集中,基本负载的能量。然而融合产生没有温室气体排放或长期存在的放射性废物。事故的风险与融合植物非常有限——如果密封丢失,聚变反应简单地停止。
聚变能是比很多人意识到的。它可以为电网提供无碳电力的来源,发挥关键作用的美国和其他国家除去碳素代基础设施。两个最近的报告发布的融合社区布局方面,美国可以到达那里。
去年12月,美国能源部聚变能源科学咨询委员会发布了一份报告,列出了聚变能源和等离子体科学研究的战略计划在接下来的十亚博老虎机网登录年。它需要融合的开发建设在2040年试验工厂。
今年2月,美国科学院、工程和医学(NASEM)发布了一个互补的报告呼吁激进的行动建立一个试验电厂。亚博老虎机网登录NASEM报告在2028年提出了一个设计,融合试验工厂在2035 - 2040年时间表。
“工作从这个时间点是大纲,也影响过渡到本世纪中叶降低碳排放。许多投资和基本活动需要现在开始为了满足时间表,”凯西·麦卡锡说,美国ITER项目办公室主任橡树岭国家实验室。“我们获得的经验集成ITER的reactor-scale工程是非常宝贵的实现一个可行的、实用的路径聚变能。”
利用全球资源进行融合研究
ITER(在拉丁文“方法”)是有史以来最雄心勃勃的能源项目之一。在法国南部,35个国家的联盟合作建立最大的和最强大的托卡马克核聚变装置。实验活动进行在ITER是至关重要的准备为明天的核聚变发电厂。
根据2006年ITER协议,所有成员将共享同样的技术开发,资金总成本的一部分。美国贡献约百分之九的ITER的建设成本。
“ITER项目是史上最复杂的科学合作,”伯纳德博士说偏执狂,ITER组织的总干事。“非常具有挑战性的第一个全新组件制造三大洲近10年时间由通用原子公司等龙头企业。每个组件是一个一流的工程团队。没有这个全球的参与,ITER是不可能的;但作为一个共同努力,每个团队利用其投资学习从他人。”
工程的洞察力和科学数据生成的ITER将美国融合计划的关键。与其他成员一样,大多数的美国贡献以实物的形式制造。这种方法允许成员国支持国内制造业,高科技创造就业机会,在私营企业开发新功能。
“交付第一ITER中央电磁模块是一个激动人心的里程碑聚变能源的示范和也是一个了不起的成就美国的容量非常大,轨迹,高能超导磁体,”哥伦比亚大学的Michael Mauel博士说。”GA的成功构建、测试和交付轨迹超导磁体的聚变能是美国的高科技突破,给信心在未来实现核聚变能量。”
“美国是一个至关重要的ITER项目的成员,他们发起了几十年前,”偏执的人解释说,“通用原子公司,以其世界一流的专业知识在这两个磁场的复杂制造业和精确控制,是一个典型的例子,卓越的专业知识带到表由美国科学家和工程师。”
ITER将第一个融合设备生产净能量在整个等离子体,即聚变反应将产生更多的热能加热等离子体所需要的能量。ITER也将成为第一个融合设备维护融合很长一段时间。ITER将产生500兆瓦的热核聚变能量,当前记录达到30倍以上的飞机托卡马克在英国
ITER会有很多功能远远超出目前的托卡马克装置。虽然ITER不会产生电能,这将是一个集成的关键实验技术,材料,和物理机制必要fusion-based商业生产的电力。亚博网站下载ITER的经验将被用于设计的第一代商业核聚变发电厂。
“ITER美国燃烧等离子体研究活动中起着重要的作用,是下一个关键的步骤,聚变能的发展,“Mauel博士说。
中央电磁环境
磁铁在通用原子公司技术中心是专门为开发制造中央电磁——有史以来最大、最强大的脉冲超导电磁铁构造——ITER与我们合作。
创建磁场在托卡马克装置需要三个不同的数组的磁铁。外部线圈环的托卡马克装置产生环向磁场,封闭容器内的等离子体。极向线圈,一套叠环轨道的托卡马克装置平行于它的周长,控制等离子体的位置和形状。
在托卡马克装置的中心,中央电磁使用脉冲的能量来产生一个强大的环形电流的等离子体流环。离子的运动与当前依次创建第二个角向磁场,提高等离子体的约束,以及生成热核聚变。ITER的等离子体电流1500万安培将更强大的比任何可能在当前的托卡马克装置。
超导材料在ITER的磁铁生产在9个工厂在六个国家。43公里(26.7英里)的niobium-tin中央电磁超导是在日本生产的。
ITER的磁铁一起创建一个无形的笼子的等离子体符合精确的金属墙壁托卡马克装置。
使中央电磁
第一模块的制造始于2015年。它之前是近四年的与我们的专家合作ITER设计制作的过程和工具模块。
每4.25米直径(14英尺高),110吨(250000磅)模块需要两年多的精密制造超过5公里(3英里)steel-jacketed niobium-tin超导电缆。电缆正是伤口进入平的,分层的“煎饼”,必须仔细拼接在一起。
创建绕组内部的超导材料模块,该模块必须仔细在大型炉热处理,哪些功能类似的对流烤箱中发现许多厨房。对流烤箱的好处是能够缩短整个过程,同时保持统一的“烹饪”模块。在炉内,模块花大约ten-and-a-half天570°C (1060°F)和一个额外的4天在650°C (1200°F)。整个过程大约需要五周。
热处理后,电缆绝缘,以确保电气短裤转身层之间不发生。在匝绝缘,模块需要un-sprung没有售票员过度紧张,目前strain-sensitive由于热处理。
执行包装,把模块的延伸像紧身,允许录制正面包装周围的玻璃纤维/聚酰亚胺薄膜绝缘导体。一旦个人把包裹,外部模块表面与地面绝缘材料包裹。地面保温由25层的玻璃纤维和聚酰亚胺薄膜表。周围的地面绝缘必须严格符合复杂的线圈特性,如氦入口。
绝缘后,模块封装在一个模具,和3800升(1000加仑)的环氧树脂注入在真空下,饱和绝缘材料,防止泡沫或空洞。亚博网站下载当硬在650°C (260°F),环氧树脂融合整个模块到一个结构单元。
完成模块受到一系列的要求测试,把它放在极端条件下将在ITER操作经验,包括所需几乎完全真空和低温下成为超导磁铁(4.5开尔文,相当于大约-450°F或-270°C)。
经验教训第一中央电磁模块已应用于后续的制造六卷。
“对于我们这些专门职业融合研究,这无疑是一个令人兴奋的时刻,”副总裁托尼·泰勒博士说,GA的磁聚变能。“当模块叶子的法国之行,我们都能够以一种非常重大贡献感到自豪的道路上聚变能。”
发货到法国
ITER工程包括100万多个组件,世界各地的制造。这些组件是非常大的,和中央电磁模块是最重的。巨大的磁铁的运输过程需要专门的重型运输车辆。整个过程的安全装载在卡车和保护模块,包括准备解除,需要大约一个星期。
加载后,模块将被运送到休斯顿,德克萨斯州,它将被放置到船运输到ITER站点。第一个模块将前往海在7月底和8月下旬抵达法国。地面交通到ITER站点将在9月初举行。
“融合有潜力提供安全、环保的能源作为一个现实的替代化石燃料在本世纪,“偏执狂说。”几乎无限的全球供应燃料,它也有潜在的-与可再生能源补充将能源供应的地缘政治。我能想到的最好的例证,变革行动比ITER项目,我们的美国伙伴密切合作与贡献者来自中国、欧洲、印度、日本、韩国、俄罗斯,作为一个团队致力于实现共同目标的一个明亮的未来能源。”
融合是如何工作的呢?
少量的氘和氚(氢)气体注入到一个大的环状的真空室,称为托卡马克装置。氢加热,直到它成为电离的等离子体,看起来像一朵云。巨大的超导磁体,集成了托卡马克装置,限制和形状电离的等离子体,保持它远离金属墙。当氢等离子体达到1.5亿摄氏度,温度比太阳的核心——十倍发生融合。在聚变反应,极少量的质量转化为巨大的能量(E = mc2)。超高能中子,由融合,逃离磁场,金属托卡马克室墙壁,传输能量以热量的墙壁。一些中子与锂反应的金属墙壁,创造更多氚聚变燃料。水在托卡马克壁循环接收热量和转化为蒸汽。在一个商用的反应堆,这种蒸汽驱动涡轮机发电。数以百计的托卡马克装置已建成,但ITER将成为第一个实现“燃烧”或很大程度上自热等离子体。
