?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Напомню, что в Италии, в Падуэ строится лаборатория NBTF, где будут построены два стенда для НИОКР в рамках разработки инжекторов нейтрального луча(NBI) ИТЭР. Для "старшего" из стендов - MITICA, которая представляет собой полноценный 50-мегаваттный инжектор, нужен уникальный источник питания для ускорителя. И вот, недавно на площадке была закончена установка пятого повышающего трансформатора мегавольтного источника, произведенного в Японии. Зачем это нужно и что в этом интересного? Ответ ниже.

Я уже много раз писал о том, что NBI ИТЭР - один из сложнейших компонентов токамака. Его задача - создать луч (или пучок в отечественной терминологии) атомов дейтерия с энергией 1 Мегаэлектронвольт (что соответствует 3% скорости света) мощностью 17 мегаватт и отправить его в центр плазменного шнура ИТЭР. Такие устройства существуют, и один из мировых лидеров по производству подобных машин - Новосибирский ИЯФ, однако мощность NBI ITER на порядок превзойдет предыдущие достижения по мощности и будет отличатся уникальными техническими решениям.


NBI - отдельно с кусочком токамака и три NBI (сначала будут установлены два, а третий только возможен) в специальном помещении в здании токамака ИТЭР..

Для разгона ионов дейтерия (которые затем нейтрализуются - подробности в соответствующей статье) используется электростатический ускоритель. Отрицательно заряженные ионы (это не ошибка - на ядро налеплено 2 электрона) дейтерия создаются при напряжении -1000 киловольт и ускоряются через несколько сеток до напряжения 0 В. С точки зрения иона такая конфигурация приводит к тому, что после своего "рождения" он видит перед собой ряд все более положительно заряженных сеток, последняя из которых с его "точки зрения" имеет +1 мегавольт.


Источник и ускоритель NBI выполнены в виде одного высоковольтного целого, подвешенного в вакууме в NBI. На разрезе разными цветами обозначены ускоряющие сетки с разными потенциалами.

Мегавольт - в принципе освоенный диапазон для высоковольтной техники, проблема в том, что нужно создать не только потенциал но и выдать по 50 ампер тока при таком напряжении. Оказывается, что имеющиеся лабораторные источники такого напряжения не достаточно мощные, а промышленные мощные преобразователи недостаточно высоковольтные. Выходом стала интересная гибридная электрическая система, которую создают вместе Европа и Япония.




Упрощенно схема состоит из 5 последовательно соединенных источников, каждый из который выдает 50 ампер постоянного тока при 200 киловольт напряжения. При этом все они гальванически отвязаны от нуля и напряжение предыдущего источника служит землей последующему. Раз они гальванически отвязаны, то мощность можно завести только через трансформатор, причем трансформатор DDG5 должен иметь изоляцию между обмотками не хуже 1000 киловольт - близкое к предельным значениям для мощного трансформатора. После трансформатора напряжение надо выпрямить и сгладить пульсации - это и есть японские блоки DCG.

Более реальная схема выглядит так:



Здесь мы видим все те же высоковольтные выпрямительные источники DCG справа, трансформаторы левее, инверторы, накачивающие каждый трансформатор таким образом, что бы управлять током на выходе DCG, которые запитаны от общей шины постоянного тока напряжением ~5 киловольт (предельного для современных тиристорных ключей), мощность в которую выдается выпрямителем совсем слева. Уфф. Как всегда, в ИТЭР все оказывается очень сложно. В принципе, на заре проектирования ИТЭР рассматривался вариант с 1 сеткой вместо 5, однако проблемы с равномерностью ионного пучка и возможным коротким замыканием сетки похоронили такую идею.

В реальности система должна выглядеть так:



Правее всего тут 5 японских DCG - трансформаторах с надетыми на них сверху баками с изолирующим газом SF6, где находятся выпрямительно-фильтрующие сборки. Левее и ниже находится здание с европейскими инверторами, которые запитывают эти сборки, по центру - платформа вывешенная на потенциал в минус 1000 киловольт, где находятся радиочастотные источники для генерации положительных ионов (напомню - 40 ампер, т.е. 4*10^20 ионов в секунду).



То же самое с другого ракурса

Кстати, высоковольтная линия, связывающая ускоритель и источник, тоже уникальная. На картинке это такая толстая белая труба. Труба заполнена все тем же SF6, отличающимся очень высокой электрической прочностью и имеет диаметр порядка 1,5 метров. На конце ее есть проходной изолятор для мегавольтного провода из SF6 в вакуум NBI, разработка которого заняла 10 лет.



Наконец, возвращаясь к исходной новости, можно посмотреть на японские DCG в реальности.



Слева тут видны уже собранные DCG, правее них - два 250 тонных трансформатора, верхних ступеней источника. Обратите внимание на диаметр оболочки корпуса вокруг вывода трансформатора - такие размеры необходимы для набора нужной толщины среды, защищающей вывод от короткого замыкания на землю, что крайне усложняет разработку подобной техники. Напомню, что в ИТЭР весь это набор высоковольтной требухи понадобится повторять в двойном, а то и тройном количестве.

К сожалению, можно констатировать, что запуска японской части мы не увидим еще как минимум 1,5 года - только к концу 2017 года должны подтянуться европейцы со своими инверторами, а сам стенд MITICA будет готов не раньше 2018 года, пока из всех его систем подписан контракт только на корпус, в котором будут расположены все устройства инжектора.


Проектное изображение NBI ИТЭР в сборе.


И заказанный корпус.


Tags:

Comments

( 39 comments — Leave a comment )
kincajou
Jul. 13th, 2016 10:38 pm (UTC)
небось, сетки надо менять каждый день из-за плазменной коррозии
tnenergy
Jul. 14th, 2016 06:18 am (UTC)
Нет, за счет фокусировки бимлетов (т.е. лучиков, идущих через каждое отверстие в сетке) и покрытия сеток они должны продержаться как минимум одну D-T кампанию, т.е. 5 лет.

2016-07-13_23-28-19
фотохостинг

(no subject) - kincajou - Jul. 14th, 2016 12:42 pm (UTC) - Expand
tnenergy
Jul. 14th, 2016 08:11 am (UTC)
Кстати, оказывается я уже отвечал на этот вопрос, но не помню этого http://tnenergy.livejournal.com/1262.html?thread=546542#t546542
iss_shoo
Jul. 14th, 2016 04:19 am (UTC)
"с изолирующим газом SF6"
у нас его называют "элегаз".
p.s.
Ждем продолжения каждую неделю.
tnenergy
Jul. 14th, 2016 06:14 am (UTC)
Я знаю, что элегаз, просто не хочу вводить лишних названий, что бы не путать читателя.

Продолжения про что?
drunk_roller
Jul. 14th, 2016 06:47 am (UTC)
блин
с такой энергией в 1 МэВ - ионы сами по себе при столкновениях должны начинать реакцию. безо всяких тама токамаков. берем тритий, пуляем в него дейтерием с 1 МэВ и получаем 17 МэВ после синтеза.
tnenergy
Jul. 14th, 2016 06:55 am (UTC)
Re: блин
Достаточно даже 100 кЭв. Только эта идея не работает - ионы будут рассеиватся друг на друге в 20 раз чаще, чем происходить термоядерная реакция, и даже при условии компрессии пучка и рекуперации энергии не столкнувшихся ионов установка не будет вырабатывать электроэнергию.
Re: блин - drunk_roller - Jul. 14th, 2016 07:05 am (UTC) - Expand
Re: блин - tnenergy - Jul. 14th, 2016 07:20 am (UTC) - Expand
Re: блин - drunk_roller - Jul. 14th, 2016 09:29 am (UTC) - Expand
Re: блин - tnenergy - Jul. 14th, 2016 09:43 am (UTC) - Expand
Re: блин - lexxair - Jul. 16th, 2016 01:56 pm (UTC) - Expand
simsun
Jul. 14th, 2016 07:14 am (UTC)
DCG трансформаторы интересно - на какой частоте работают? что то по виду они не сильно таки высокочастотные
tnenergy
Jul. 14th, 2016 07:17 am (UTC)
150 Гц.
(no subject) - simsun - Jul. 14th, 2016 04:03 pm (UTC) - Expand
stranst_drgn
Jul. 14th, 2016 07:45 am (UTC)
Как всегда циклопично!
shaitan_bashka
Jul. 14th, 2016 08:48 am (UTC)
Сложность ИТЭРа прямо таки колоссальная. Возможно, что установка станет самой сложной машиной в истории человечества?
tnenergy
Jul. 14th, 2016 09:03 am (UTC)
Я так считаю. До сих пор самой сложной машиной был Большой Адронный Коллайдер, но ИТЭР его явно превзойдет.
(no subject) - shaitan_bashka - Jul. 14th, 2016 09:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jul. 14th, 2016 09:31 am (UTC) - Expand
(no subject) - kincajou - Jul. 14th, 2016 12:44 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jul. 14th, 2016 01:32 pm (UTC) - Expand
vkorehovisback
Jul. 14th, 2016 09:21 am (UTC)
когда-то в СССР использовали ЛЭП 1150 кв, но сейчас все просрали:)
tnenergy
Jul. 14th, 2016 09:29 am (UTC)
Ага, видел трансформатор как-то на это напряжение. с проходным изолятором метров 10-12 длиной. После ИТЭР может быть появятся UHVDC ЛЭП на +-1 мегавольт - сейчас есть на 0,8 мегавольта. Не зря Сименс и Хитачи тут подрядчики :)



(no subject) - vkorehovisback - Jul. 14th, 2016 09:34 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jul. 14th, 2016 09:44 am (UTC) - Expand
(no subject) - vkorehovisback - Jul. 14th, 2016 10:04 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jul. 14th, 2016 10:15 am (UTC) - Expand
(no subject) - vkorehovisback - Jul. 14th, 2016 10:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - Jul. 14th, 2016 04:17 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vkorehovisback - Jul. 14th, 2016 08:08 pm (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - Jul. 14th, 2016 09:09 pm (UTC) - Expand
(no subject) - vkorehovisback - Jul. 15th, 2016 07:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - Jul. 15th, 2016 10:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - vkorehovisback - Jul. 15th, 2016 12:34 pm (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - Jul. 14th, 2016 04:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - Jul. 14th, 2016 04:08 pm (UTC) - Expand
Nikolay Pokhodenko
Jul. 15th, 2016 10:52 am (UTC)
Она коронила так (я про Экибастузскую AC лэп 1.1МВ), что расщепление фаз не спасало.
В итоге 750-800 кВ - это оптимальное напряжение для магистральных воздушных ЛЭП на AC.
Если надо передать больше мощности, что придется что-то менять: АС на DC, воздух на элегаз, расщепленные фазы на полые проводники, повышать ток и снижать активное сопротивление (нанотрубки). В конце концов просто газопровод положить вместо ЛЭП и генерацию сделать на месте.

Edited at 2016-07-15 10:53 am (UTC)
( 39 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

October 2017
S M T W T F S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031    
Powered by LiveJournal.com