Источник
Ядерная энергия - LiveJournal.com
23 марта, 14:17

Кто спасёт возобновляемую энергетику? Истина в модели

  • 0

Пока я пребываю в теплых странах у моря, и медленно дописываю статью про транспорт электроэнергии, предлагаю почитать пост Вячеслава Лактюшина по моделированию ВИЭ-энергосистемы Европы. Речь здесь идет о построении модели из солнечных, ветряных электростанций, электрических аккумуляторов и бэкапа в виде газотурбинных ТЭЦ. Взяв несколько передовые цифры по себестоимости солнечного, ветряного электричества (что, впрочем оправдано, т.к. моделируется кратное увеличение установленной мощности этого типа, что безусловно приведет к снижению стоимости) Вячеслав получил LCOE в такой энергосистеме около 120 долларов за МВт*ч.Оригинал взят у celado в Кто спасёт возобновляемую энергетику? Истина в моделиЧеловечеству хочется всего, побольше и аппетит растёт экспоненциально. А любые потребности подразумевают и энергию: если 100 лет назад человечество потребляло 50 эксаджоулей в год, сегодня 500 ЭДж, то где достать 5000 ЭДж к концу века и так далее? Перефразируя классика: “Бесконечность энергии лучше конечности наличием бесконечности”. На данный момент существует несколько решений и одно из них это Возобновляемые Источники Энергии (ВИЭ).Электрогенерация эпохи ХХ века имеет фундаментальные недостатки, требующие современного решения: где-то в связи с глобальным потеплением дневные температуры поднимутся до +60, кого-то затопит поднявшимся океаном. России это касается мало, но наши соотечественники гибнут в угольных шахтах, сокращается продолжительность жизни населения из-за выбросов тепловых электростанций и так далее. Иными словами, обсуждаемый вопрос для всех важен и холиварен, и мы постараемся пролить немного точности и конкретных цифирок на него.Эксперименты с ВИЭ - есть результатыНапример, Дания удовлетворяет уже почти половину своего годового электропотребления за счёт ветряной энергии. Единственную проблему ВИЭ - непостоянство генерации - страна решает импортом электроэнергии у соседей, которым больше повезло в этот момент с ветром, солнцем или ещё чем-нибудь. Таким образом, для светлого возобновляемого будущего родилась и нашла частичное подтверждение концепция перетоков, когда одна страна Европы протягивает руку “ветра” или “солнца” другой стране и вроде все счастливы, да ещё и с ВИЭ. Концепция перетоков может работать только в случае ветряной энергии, так как солнце ночью “выключается” над достаточно большой территорией. Но помимо перетоков электроэнергию (э/э) можно аккумулировать.На словах концепции перетоков и аккумуляции хороши, а что будет на практике в случае, например, Германии? Если для маленькой Дании у соседей всегда найдётся лишний гигаватт, то найдутся ли у соседей лишние 60 гигаватт для Германии? А сколько нужно аккумуляции? Гипотезы проверяются экспериментом, для чего нам понадобилась бы вторая Европа с альтернативной энергосистемой. Поэтому мы решили смоделировать всё описанное выше: перетоки ветряной энергии между европейскими странами и аккумуляцию в условиях реальной ветряной и солнечной генерации.Перетоки между странамиПредставим себе, что ветряки и солнечные батареи равномерно стоят по всей Европе и вся территория окутана многочисленными линиями электропередач, позволяющими перебрасывать электроэнергию с одного конца Европы на другой. При штиле в Германии крутится ветряк в Англии, а если безветрие и там, то выручает Испания. Или Греция. Мы взяли реальные данные генерации с ветряков по нескольким европейским странам за 2015-й год, нормировали их на одинаковую мощность и выровняли между странами - получилась более ровная генерация, эмулирующая перетоки между странами. Например, январь:Генерация с ветряков выровнялась, но эффект умеренный: различия между соседними минимальными и максимальными уровнями трёхкратны. При этом, потребление электроэнергии тоже неравномерно и совместно с неравномерностями “ветра” образуются ещё большие дисбалансы. Для построения же “ветряной Европы” выровненную генерацию нужно увеличить и дисбалансы будут очень существенны. Ниже график разных увеличений генерации, где за единицу принят выровненный и нормализованный ветер по европейским странам:Шестикратный “ветер” в целом чуть ниже потребления и образуются провалы, когда ветряная генерация обеспечивает только 30% от нужд. Если же попытаться закрыть эти провалы девятикратным “ветром”, то всё равно будут дыры в 100 ГВт, а избыток генерации составит 20%. Первые нужно чем-то крыть, а вторые это просто потерянная энергия, увеличивающая себестоимость. То есть, концепция “перетоков” сама по себе не решает.Аккумуляция и модельВторой способ обеспечить постоянство ВИЭ это аккумуляция электроэнергии в периоды высокой генерации и разрядка при низкой. На словах, опять же, звучит здраво, но судья гипотезе - эксперимент. Предлагаемая модель работает просто: если генерация с выровненного и нормализованного “ветра” и “солнца” больше чем потребление электроэнергии, то идёт зарядка аккумуляторов. Если меньше, то разрядка. Потребление и солнечная генерация тоже взяты с реальных почасовых данных европейских стран за 2015-й год.Если сумма не дотягивает до потребления, а аккумуляторы пусты, то включается газовая генерация - без неё никак, не помирать же. Газовые ТЭС - друг ВИЭ и в отличие от угольных электростанций они встречаются в любой модели, посвещённой будущим энергосистемам. Во-первых, они могут окупаться, работая лишь пару недель в году - угольные так не могут из-за неподходящей структуры себестоимости (высокая доля капитальных расходов). Во-вторых, у газовых ТЭС гораздо меньше вредных выбросов.Играясь с моделью можно увидеть, что полностью перевести электрогенерацию на ВИЭ крайне сложно. Перебрав 30000 комбинаций кратности “ветра”, “солнца” и объёма аккумуляции, мы нашли наиболее дешёвую для полного удовлетворения электропотребления за счёт ВИЭ. А именно: 12-кратный “ветер” (1230 ГВт), 7-кратное “солнце” (385 ГВт) и 3000 ГВт*ч аккумуляции (⅔ среднесуточного потребления). Для февраля, одного из самых неудобных месяцев, всё выглядит так:Что бросается в глаза при данном сценарии:1. Генерация с ветряков почти постоянно превышает потребление. Это потребовалось для закрытия редких провалов, когда ветер ослабевает по всей Европе (11-12 февраля). В теории, провалы можно закрывать с помощью увеличенной солнечной генерации или большей аккумуляции, но получится дороже. Поэтому в данном раскладе теряется 44% электроэнергии, которая не влезла ни в потребление, ни в аккумуляцию.2. Аккумуляторы простаивают без дела: постоянно забиты и за год только 8,5 циклов зарядки/разрядки (1% от всего потребления электроэнергии). Раз простаивают, значит вложения сложно окупить и с аккумуляторов электроэнергию придётся продавать в 25 раз дороже.3. Главную роль играет “ветер” (подобие базовой генерации), а солнце на подмоге. Если считать по установленной мощности (ГВт), то “ветра” в 3 раза больше, если по генерации электроэнергии (ГВт*ч), что корректнее, то “ветра” в 6 раз больше.4. Из-за первых двух факторов себестоимость электроэнергии выросла с идеальных $77 за МВт*ч (заложенных в модель как нечто среднее по реальной себестоимости) до $205. Стоимость инфраструктуры для выравнивания играет небольшую роль, так как меркнет на фоне нескольких триллионов долларов на “ветер”, “солнце” и аккумуляцию - именно во столько это обойдётся при текущих ценах. И десятки лет на производство, если забыть об остальных покупателях.По размеру и сложности описанная энергосистема (целиком на ВИЭ) больше подойдёт даже не середине ХХI века, а концу, и, скорее всего, наше поколение будет лицезреть соседство квантовых компьютеров, искусственного интеллекта и “кипятильников” на угольных и газовых электростанциях.Таким образом, как и упоминалось в наших прежних публикациях и концепции “Мира на пике”, человечеству придётся ещё много десятилетий выжимать последние соки из традиционных источников энергии. К слову, текущий ориентир передовой Германии по доле ВИЭ в 2050 году это 80%.Нет худа без добраНо есть и положительные моменты. Сложность энергосистемы с ростом доли ВИЭ растёт нелинейно и переход от текущей доли в модели в 16% к тем же 80% проще, чем от 80% к 100%. Прогон по комбинациям с долей ВИЭ в 80% дал такие результаты оптимального сочетания: 615 ГВт “ветра” (6х), 165 ГВт “солнца” (3х), 193 ГВт газовой генерации и отсутствие аккумуляции. Тот же февраль:Потери составляют относительно скромные 6%, а себестоимость электроэнергии - $102,5 за МВт*ч. Превышение над идеалом составляет $25 за МВт*ч, куда входят потери и выравнивание, а также установка и использование газовой генерации.Этот сценарий проливает свет и на необходимость резервировать ВИЭ традиционной генерацией, в нашем случае - газовой. Максимальное потребление в модели составляет 267 ГВт, а газа придётся установить под 200 ГВт. То есть, несмотря на идеальное выравнивание и доли ВИЭ в 80%, почти всю энергосистему придётся резервировать традиционной генерацией.Касательно отсутствия аккумуляции: на данный момент это банально очень дорого (в модель заложена цена в $250 за кВт*ч). Во-вторых, “ветер” плохо дружит с аккумуляцией: периоды сильного и слабого ветра длятся днями, соответственно и объём аккумуляторов нужен на несколько дней потребления (10’000-20’000 ГВт*ч). Для сравнения - современные мировые производственные мощности составляют около 100 ГВт*ч в год. Такой объём будет редко и мало использоваться, а значит будет сложно окупить. Лучше с аккумуляцией дружит “солнце”, которое будет заряжать и разряжать аккумы каждый день, но из-за низкой зимней инсоляции их придётся ставить слишком много и летом энергия будет теряться, увеличивая себестоимость.Конечно, данная модель много чего не учитывает и вряд ли вся Европа будет окутана интерконнекторами на десятки ГВт - нас интересовали концепции на принципиальном уровне и общая ситуация. В мессенджере “телеграм” мы запустили бота(Celado_bot), в чате с которым можно лично смоделировать поведение энергосистемы, задав интересующие параметры “солнца”, “ветра” и аккумуляции. Чуть позже такая возможность появится на нашем сайте.Итак, кто же спасёт возобновляемую энергетику? При очень большом желании действительно можно построить энергосистему полностью на ВИЭ, спустив на “спасение” концепции несколько триллионов долларов (в текущих ценах) и в результате поиметь заоблачные цены на электроэнергию. При долях меньше 100% спасти ВИЭ может тотальное резервирование газовой генерацией.Вячеслав Лактюшкин, специально для celado.ru

Выбор редакции
16 марта, 12:33

Прогресс по магниту PF1 ИТЭР

  • 0

  Изготовители магнита PF1 Средне-Невский судостроительный завод и НИИЭФА рапортуют о важном промежуточном моменте в жизни PF1 - окончании вакуумно-нагнетательной пропитки первой штатной сверхпроводящей двойной галеты магнита PF1.Сначала о том, что произошло: катушка PF1 состоит из 8 вот таких блинов, уложенных стопочкой, каждый из которых изготавливается путем намотки на специальном станке блина из двух сверхпроводящих кабелей (сверхпроводник - NbTi) в металлической оболочке. При этом кабели обматываются слоеной изоляцией из сухого стекловолокна и каптона. Затем вся конструкция погружается в вакуумную камеру, откачивается и заполняется эпоксидной смолой. В итоге получается а) электрическая изоляция, которая нужна при потере катушкой сверхпроводящего состояния, когда напряжение на ней может достигать 15-20 киловольт б) жесткая конструкция, которая сопротивляется магнитным силам (которые для этой катушки будут достигать нескольких сот тонн) и не дает проводнику с током сдвинуться с места (сдвиг - это плохо для термоядерного реактора, где необходимо прецизионно выдерживать конфигурацию магнитного поля, конкретно для ИТЭР положение каждого витка контролируется с точностью лучше 0,5 мм).Конструкция PF1PF1 - один из самых маленьких магнитов ИТЭР (однако не самый простой в плане требований), однако вне ИТЭР он был бы одним из самых больших и сложных в мировых масштабах. Интересно, что "запеченная" галета на первой фотографии - это первая подобная из всех полоидальных магнитов, хотя PF1 будет устанавливаться последним из всей магнитной системы аж в 2023 году. Сейчас, кроме этого первого блина, второй проходит вакуумно-нагнетательную пропитку, а третий наматывается, т.е. темп позволяет выполнить работу быстрее заложенного срока отгрузки (2021 год). Характеристики полоидальных магнитов ИТЭР: Мегаампер-витки, количество витков в слое, количество слоев, всего витков, длина единичного кабеля из которого создается двойной блин.Вообще ситуация с магнитами в ИТЭР довольно интересно. Дело в том, что это вторая по стоимости часть проекта (после проектирования и НИОКР, обошедшихся в 6 с лишним миллиардов долларов) - ~4 миллиарда долларов. При этом собственно производство магнитов довольно успешно и в срок идет везде (тороидальные в Японии и Италии, центральный соленоид в США), кроме двух самых критичных - полоидальных PF6 (наматываемого в Китае) и PF5 - наматываемого прямо на площадке ИТЭР, где для этого построен мини-завод. Критичные они, потому что PF6 необходимо поставить на площадку до 3 квартала 2019 года, т.е. всего через 2 года, а намотка штатных галет у китайцев еще не стартовала.В феврале 2017 Китай успешно изготовил квалификационный двойной блин, но до старта производства еще надо квалифицировать и технологию пропитки, что займет еще несколько месяцев.Европейцы с PF5 тоже слегка отстают от намеченных сроков, хотя им в целом проще - квалификация производства почти пройдена, а логистика готовой катушки заключается в перевозке ее на 200 метров, а не на 11000 км, кроме того, сдать магнит для монтажа надо на несколько месяцев позже.Завод на площадке ИТЭР и намотка квалификационного образца двойного блина PF5 на переднем плане.

15 марта, 11:35

Дания рвётся в "ядерный клуб" – урановая Голконда Гренландии

  • 0

Оригинал взят у andrej_kraft в Дания рвётся в "ядерный клуб" – урановая Голконда ГренландииПредисловие. На своей страничке в Facebook пользователь Boriss Alestar выкладывает интереснейшую подборку материалов по ядерной отрасли. Они уже разлетелись по рунету, но впервые я наткнулся на них в блоге у alex_leshy. Так и не постигнув дзэн "Мордокниги", до сих пор читаю у френда в ленте по тэгу "Сага о Росатоме", чего и вам от всей души желаю. Потому что так интересно, живо, нескучно, без нудной наукообразности рассказывать о таких специфических вещах – это нужно уметь.Но после статей о добыче урана в мире, в Африке, в Германии, в Чехословакии, автор остановился на Болгарии. Тема Дании оказалась никак не раскрыта, а между тем, там есть о чем рассказать. Чай, не просто в "ядерный клуб" - сразу чуть ли не в мировые лидеры рвутся.Думаю, не открою великую тайну, если скажу, что в экономике арктических стран сектор полезных ископаемых занимает одно из центральных мест. В связи с таянием арктических льдов в будущем большие надежды возлагают и на доходы от регулирования транспортных потоков, но перспективы развития этого направления все ещё очень туманны. Так что пока экономика в Арктике чуть более чем полностью завязана на состояние минерально-сырьевой базы и динамику ее развития.С середины 2000-х и до середины 2010-х интерес горнодобывающей промышленности к арктическим ресурсам постоянно рос, что выразилось в активизации геологоразведочных работ в целом ряде перспективных районов. Потом наступил страшный 2014-й, нефть рухнула, и все замерло. Пожалуй, только кроме разведки и добычи редкоземельных элементов, но остальным от этого легче не стало. Грустно все пока…Но объективные законы не обманешь, и в глобальной перспективе сохраняется устойчивая тенденция развития в субарктической зоне добычи природных ресурсов. Перспективы освоения арктических месторождений, кроме их масштаба и богатства, во многом определяются близостью к Северному морскому пути и Северо-Западному проходу, что потенциально может позволить повысить рентабельность работы рудников за счет использования водного транспорта. При этом, главным фактором, замедляющим строительство новых рудников в Арктике до настоящего времени остаются экологические риски для окружающей среды.Понятное дело, при широко распространившейся в массовом сознании радиофобии, в полной мере этот фактор относится к урану, причем едва ли не в первую очередь.С момента обнаружения в 1956 году в Гренландии урановых месторождений перспективы их разработки обсуждались в правительстве Дании на протяжении последних 60 лет, и до недавнего времени единого мнения по данному вопросу не существовало.В период 1958-1980 гг. на гренландском месторождении Кванефьельд (Kvanefield) комплекса Илимаусак (Ilimaussaq complex) при пробных разработках рудных жил на глубине до одного километра было добыто 20 тыс. тонн руды со средним содержанием урана 365 г/т, или около 0,04%, то есть практически на нижней границе руд бедной концентрации.Урановые руды по содержанию делят на четыре вида (сорта): богатые – с содержанием урана более 1%; рядовые – от 0,1 до 1,0%; бедные – от 0,03 до 0,1% и убогие – менее 0,03%.В 1978 году, после предварительных исследований Национальная научно-исследовательская лаборатория "Ризё" (Risø) провела комплексную оценку для определения наиболее эффективного способа добычи урана. Вместе с тем, в правительстве Дании росло количество противников использования радиоактивного урана для производства электроэнергии. Основным аргументом против начала разработок являлись негативные последствия для экологии и здоровья местного населения, а также низкий экономический эффект, так как общий объем запасов на тот момент оценивался примерно в 19 тыс. тонн. В 1988 году после отказа Дании от развития атомной энергетики в пользу возобновляемых источников энергии правительство страны ввело полный запрет на разведку и добычу радиоактивных полезных ископаемых в Гренландии.Однако ситуация начала постепенно меняться на фоне резкого роста цен на ядерное топливо в середине 2000-х годов.Помню, году примерно в 2006 меня просто потряс один из ведущих какого-то канала. Он выдал в эфир буквально следующее: За истекший год цены на урановое сырье поднялись сразу в два раза, и по этому показателю из всех сырьевых ресурсов с ядерным топливом может сравниться только сахар (sic!). Понятное дело, этим брокерам-трейдерам совершенно пофиг, чем торговать – название самого товара не в первой десятке их приоритетов, если есть покупатель и он готов платить. Но на такого неподготовленного слушателя, каким был я, это произвело неизгладиомое впечатление и хорошо запомнилось.С учетом вновь открывшихся обстоятельств и свете так и не оправдавшихся надежд на обнаружение крупных залежей углеводородов на арктическом шельфе, правительство Дании и региональное правительство Гренландии (Naalakkersuisut) решительно пошли на пересмотр действующей политики в отношении добычи урана на острове. Первая с 1980-х годов лицензия на проведение геологической разведки была выдана в декабре 2010 года. Для обхода действующего законодательства на начальном этапе этой эпопеи уран был назван в качестве сопутствующего материала, а основным – руды редкоземельных металлов, цены на которые также и в то же время демонстрировали галопирующий рост.В ноябре 2012 года Дания и Гренландия сформировали комиссию для изучения возможных последствий отказа от политики нулевой терпимости к добыче урана на острове, а в октябре 2013 года действовавший в течение 25 лет запрет был снят. Немаловажную роль в этом сыграли данные, представленные в 2008 году Геологической службой Гренландии (Geological Survey of Greenland – GEUS). При содержании урана в руде в переделах от 0,001 до 0,3% специалисты службы осторожно оценили общий объем закиси-окиси урана (U3O8) комплекса Илимаусак в 600 тыс. тонн, тем самым сразу выдвинув Данию на третье место в мире по разведанным запасам этого полезного ископаемого.В "Википедии" по данным WNA-2011 мировой объем запасов оценен в 5327 тыс. тонн, хотя по данным МАГАТЭ-2010 он уже достиг 6306,3 (об этом ниже). Тем не менее, таблица позволяет вполне наглядно оценить общую ситуацию.Разведанные мировые запасы закиси урана Страна Объем запасов, тыс. тонн % от мирового запаса Добыча уранового концентрата,тыс. тонн в год Всего 5327 100 56,2 Австралия 661 12,4 5 Казахстан 629 11,81 23,1 Гренландия* 600 около 10 16 Россия 487 9,15 3 Канада 468 8,8 9 Нигер 421 7,9 4 ЮАР 279 5,24 0,6 Бразилия 276 5,19 0,2 Намибия 261 4,9 3,2 США 207 3,89 1,9 Китай 166 3,12 1,5 Украина 119 2,25 0,9 Узбекистан 96 1,81 2,4 Другие страны 1430 23,5 1,4 Примечание: * – данные оценочныеИ хотя на фоне не к ночи помянутого падения мировых цен на энергоносители в 2014 году сильно упали цены и на урановое топливо, датские эксперты реально оценивают дальние перспективы – другой альтернативы нет. Согласно доклада Датского института международных исследований (Dansk Institut for Internationale Studier – DIIS), в последние годы рынок урана переживает существенные трансформации и по некоторым оценкам потребность в уране в 2035 году, составит от 72,0 до 121,1 тыс. тонн.На сегодняшний день основными уранодобывающими странами являются Казахстан (23,1 тыс. тонн/год), Канада (9,0), Австралия (5,0), Нигер (4,0), Намибия (3,2) и Россия (3,0), на которые приходится около 85% мировой добычи. С перспективой добычи 16 тыс. тонн/год Дания/Гренландия сразу выходят аж на второе место в этом, не скажу, что элитарном, но довольно закрытом клубе. Но на этот уровень выйти с ходу не удастся. А потому и началась активная подготовка к развертыванию промышленной добычи, с первоначальными планами добиться получения пока хотя бы 1,0 тыс. тонн/год.Комплекс Илимаусак в южной части острова состоит из нескольких месторождений, крупнейшим из которых является расположенное на высоте 600 метров над уровнем моря месторождение Кванефьельд с оценочным объемом запасов около 43 тыс. тонн. При концентрации урана 0,0341%, такая руда характеризуется как бедная, в Гренландии есть и более богатые залежи. Тем не менее, комплексные оценки считают этот район наиболее перспективным по совокупности всех факторов.1) Пласт залегает достаточно близко к поверхности, что не потребует высоких технологических затрат для добычи открытым (карьерным) способом.2) На территории есть удобная площадка для строительства обогатительной фабрики. В условиях сложного рельефа Гренландии, это является немаловажным фактором (см. верхнее фото).3) Транспортировка продукции также не составит особой проблемы – географическая локализация месторождения в районе судоходного залива на юге острова, где несколько короче зимний сезон, позволит в будущем значительно сократить транспортные расходы.4) Снижению издержек дополнительно способствует то, что добыча урановой руды на месторождении Кванефьель будет производиться попутно. Изначально месторождение рассматривалось, как источник породы с высоким содержанием редкоземельных элементов, в частности, тория, концентрация которого достигает 1,0%.Представители компании Greenland Minerals and Energy (GMAE), уже подавшей заявку на получение лицензии для разработки месторождения, утверждают, что оно способно обеспечивать добычу до 2,6 млн. фунтов в год (около 1,0 тыс. тонн) уранового концентрата. Оценочная себестоимость добычи составит около 31 долл./фунт (то есть, 93 долл./кг). В настоящее время это почти на грани убыточности. Однако за основу для расчета окупаемости взяли оценки Исследовательской компании Resource Capital Research (RCR), которая прогнозирует к 2020 году долгосрочные контрактные цены на уран на уровне 74 долл./фунт (около 225 долл./кг).Здесь мои собственные знания откровенно пасуют, поэтому позволю себе процитировать специалиста, который лучше разбирается в вопросе – автора той самой "Саги о Росатоме":…с той поры, как все мы живем в мире, где важнее всего прибыль, едва ли не главная классификация – по стоимости конечного продукта (того самого концентрата урана, желтого кека). Эдакий обобщающий показатель, при котором отбрасываются прочь все частности – какой была концентрация урана в руде, каким способом его добывали-очищали, во что обошлась инфраструктура. Не важно, что было ДО, важно, почем получился результат. Тут всего 3 категории: 1) месторождения, где себестоимость 1 кг концентрата менее 40 долларов за килограмм; 2) где себестоимость от 40 до 80 долларов за кило; 3) где себестоимость от 80 до 130 долларов за кило. Все, что дороже 130 долларов – на сегодня «нещитово», поскольку сильно дорого. Но надолго ли сохранится такое пренебрежение-верхоглядство? До 2006 года МАГАТЭ считало сверхдорогим уран и по цене свыше 80 долл/кг, а теперь решило, что надо по заслугам оценить центрифуги – низкая себестоимость обогащения позволяет совершенно спокойно использовать и руду дороже 80 долларов… Наши центрифуги 10-го поколения только начали эксплуатироваться, потому нельзя исключать, что через какое-то время и планка в 130 долларов перестанет быть «отсекающей».Впрочем, давайте не будем пускаться в проекты и гипотезы – остановимся на том, что имеем на день сегодняшний. В 2006 году считалось, что на третьей от Солнца планете урановых руд имелось 5 000 000 тонн, следующий отчет МАГАТЭ выпустило в 2010 году. Именно в этом отчете впервые состоялось признание центрифуг как единственного на сегодня способе обогащения урана, впервые планка «отсечения» была поднята с 80 долл/кг до 130 долл/кг. Новая цифра запасов урановой руды на Земле – 6 306 300 тонн. Повторяю – это не прирост за счет новых месторождений, это состоявшийся перевод геологических руд в промышленные. И состоялся он по простой причине - МАГАТЭ признало: кроме центрифуг все – зло, и мы о нем больше не будем вспоминать. Прирост извлекаемых руд составил 26% - без дополнительных инвестиций в геологоразведку.Не так часто в истории цивилизации развитие технологии оказывало серьезное влияние на геополитику, а уран и центрифуги – тот самый случай. Давайте на пальцах прикинем, что означает появление коммерческого интереса к урановым месторождениям, которые до того много лет оставались нетронутыми? Во-первых, страны «атомного клуба» увидели свой интерес в тех территориях, где находились эти месторождения. К примеру, месторождения в Кировоградской области стали интересны уже не только Украине… Во-вторых, страны, не входившие в «атомный клуб» увидели, что урана может хватить и на них. И это не мое теоретическое измышление: на только что прошедшей «Атомэкспо-2016» присутствовали делегации 52 стран, а атомная энергетика хоть в каком-то виде имелась только у 32. 20 стран – это новички, которые почувствовали перспективу...Видимо, правительства Дании и Гренландии согласны с такими оценками, поэтому в конце января с.г. они подписали пакет соглашений о сотрудничестве, регламентирующих обязанности и задачи обеих сторон в отношении будущей добычи и экспорта урана из Гренландии, в том числе:1) соглашение о сотрудничестве в вопросах международных отношений, обороны и политики безопасности, связанных с добычей и экспортом урана из Гренландии;2) совместная декларация о защите ядерных материалов;3) совместная декларация об экспортном контроле продукции и технологий, которые могут быть использованы как в гражданском, так и военном секторе (двойного назначения);4) соглашение об обеспечении ядерной безопасности в сфере горнодобывающей промышленности Гренландии.Данные соглашения станут основой для законопроекта о гарантии безопасности ядерных материалов и контроля над экспортом товаров двойного назначения, который правительство Дании планирует рассмотреть в парламенте страны до конца 2016 года.Также между Данией и Гренландией будет подписано типовое соглашение о ядерном сотрудничестве (Nuclear Cooperation Agreement – NCA), подразумевающее выполнение ряда обязательных условий, в частности:1) Экспорт урана может осуществляться только в государства, которые являются участниками Договора о нераспространении ядерного оружия (Treaty on the Nonproliferation of Nuclear Weapons – NPT) и имеют соглашение о всеобъемлющих гарантиях МАГАТЭ. Аналогичные меры применяются к пяти "ядерным государствам": Китаю, Франции, России, Великобритании и США.2) Предоставление резервных гарантий в случае, если МАГАТЭ по какой-либо причине не в состоянии обеспечить контроль.3) Применение международных стандартов физической защиты.4) Решающее слово при принятии решения о передаче урана третьей стороне принадлежит Дании.5) Страны-потребители несут ответственность за утилизацию отходов и других побочных продуктов, получаемых в процессе переработки урана.Окончательное решение о начале добычи может быть принято уже в этом году. В зависимости от того, удастся ли это, а также как пойдет реализация планов строительства комплекса, производство уранового концентрата может начаться к 2019 году.Проектное изображение обогатительного комбината (с) GMAEОфициальный сайт компании - http://www.ggg.gl/Презентация в формате PDFНа этом пока все. Будем ждать новостей.

Выбор редакции
09 марта, 00:01

Крутое видео сборки реактора Watts Bar 2

  • 0

Подбирая всякий материал к предыдущему посту, нашел крутецкое видео установки в корпус реактора Watts Bar 2 (PWR 4-х петлевой конструкции от Westighouse мощностью 1167 мегаватт - примерно по техническому уровню соотвествует блоку 3 Ростовской АЭС) последовательно шахты реактора, блока защитных труб и крышки с верхним блоком.

08 марта, 15:18

СМИ заговорили о дефиците трития в США

  • 0

Возможно вы видели проскользнувшую в СМИ новость о проблемах с тритием в США (вот пример). На самом деле это еще одна новость жанра "журналисты пытаются за полчаса стать экспертами в технически сложной теме".  Поэтому весьма тонко балансирующая на грани жаренного исходная статья сразу была интепретирована как проблемы ядерного арсенала США. Давайте разбиратся.Ядерная авиабомба B83 переменной мощности почти гарантированно использовала DT-газ в своей конструкции. Ныне эти боеголовки сняты с эксплуатации и разобраны.Итак, в исходном материале сказано следующее:1. Тритий критично важен для ядерного оружия США. К сожалению, его период полураспада всего 12,3 года, поэтому его запасы убывают со скоростью 5,5% в год, и в отличии от плутония и высокообогащенного урана его надо воспроизводить для поддержания работоспособности оружия.2. Производится он на единственном гражданском (энергетическом реакторе) - Watts Bar unit 1, который питается низкообогащенным ураном (НОУ), обогащать который США разучились.3. Запасы НОУ заканчиваются и скоро наступят проблемы, а к 2030 вообще производство трития может остановится.4. Надо что-то делать.==Ну, пойдем по тезисам. Первый пункт - истинная правда. Хотя в термоядерной части ядерной боеголовки не используется тритий, несколько грамм DT смеси в центре плутониевой сферы ядерной части (праймера) ЯВУ очень сильно поднимают кпд и весовую отдачу боеголовки. Происходит это за счет т.н. DT-бустинга, когда в момент ядерного взрыва в сжатом и нагретом DT-газе в центре плутониевой сферы начинается термоядерная реакция, которая дает множество термоядерных нейтронов, которые вызывают дополнительное энерговыделение в окружающем DT плутонии. 2-5 грамма DT способы увеличить выход энергии плутониевого праймера с 20-30 кт до 70-90 кт. В свою очередь дополнительная энергия позволяет облегчить праймер и вторую (термоядерную) ступень, и в целом повышает энергомассовое совершенство ядерного оружия. Кроме того, введение/невведение DT в центр плутониевой сферы перед подрывом позволяет широко регулировать мощность ядерного оружия, что применяется, например в бомбе B61.Считается, что DT-бустинг является широко используемым в арсенале США, и в ядерных бомбах необходимо держать от 2 до 8 кг трития (по разным оценкам). В целом, тритий в США производился в рамках военной программы темпом до 8 кг в год, всего было наработано 255 кг с 1955 по начало 90х. Последний военный реактор-наработчик трития был остановлен в США в 1988 году, и долгое время после поддержание работоспособности боезапаса осущесвтлялось за счет использования трития из разбираемых боеголовок.Сегодня, для поддержания инвертория трития как-то получать, соотвественно, от 100 до 400 грамм трития в год, если оценки по использованию верны. Даже если в США был запас, скажем, в 50 кг трития в 1988 году, сегодня от этого количества осталось ~9,5 кг, а значит встает вопрос о возобновлении производства.Активная зона будущего американского реактора-наработчика трития (Watts Bar unit 2) во время загрузки на физ. пуск зимой-весной 2016 года.На деле, возобновлением производства трития в США озаботились еще в 90х, и после некого ниокр предложили делать это на большом энергетическом реакторе, и тут мы переходим к второму тезису статьи.Второй пункт правда наполовину. Действительно, с 2003 года на энергетическом реакторе Watts Bar самой обыкновенной конструкции (PWR) начата программа производства трития. Она предусматривает размещение в стандартных тепловыделяющих сборках (ТВС) реактора по 8 мишенных стержней с выгорающим генератором трития, представляющих собой стержни из нержавейки в габаритах твэла ТВС с ампулами с мишенным веществом.Свежая ТВС Watts Bar 2 (такой же по конструкции реактор) во время загрузки. В этой ТВС нет выгорающих генераторов трития, но внешне она ровно такая же. За 18 месяцев облучения в реакторе из LiAlO2 или LiAl5O8, обогащенного по 6Li в каждом стержне образует до 1000 кюри трития, примерно 0,1 грамма. Всего в реакторе планировалось устанавливать до 88 сборок и в общей сложности до 704 стержней с генераторами трития, что соотвествовало бы годовому производству ~50 грамм в год. В реальности, производство оказалось меньше на не называемую величину, и в основном это было связано с высокой проникающей способностью трития - он проходил сквозь стальную оболочку мишенного твэла в теплоноситель, уменьшая не только полезную выработку, но и создавая большие проблемы владельцу реактора компании TVA. Этот тритий обнаруживался потом везде, иногда превышая допустимые пределы (в 750 пикоКюри на литр), вызывая инспеции и гнев регуляторов.Картинка из патента на "методику и оборудование для производства трития с уменьшенным выходом за пределы мишени".Так или иначе первый блок Watts Bar производил облученные мишени, которые извлекались из ТВС в бассейне выдержки блока и перевозились в Savanna River Site для вскрытия и ваккумного отжига вот в этой печи:Здесь показан монтаж печи, в работе загрузка и выгрузка мишений производилась автоматически.Savanna River Site как раз является радиохимическим производством США, отвественным за обращение с тритием, и видимо здесь происходит все обращение с тритием из ядерного оружия США, в т.ч. обновление его новым тритием, наработанным в Watts Bar.Видимо, финансовые условия от DoE по такой доп работе реактора (оцениваемые в несколько десятков миллионов долларов в год) фирму TVA устраивают и в 2020 году к этой активности планируется подключить и второй блок Watts Bar (пущенный в 2016).Теперь, что касается третьего тезиса исходной статьи. Мне он совершенно не понятен, и только вроде как уважаемое имя авторов останавливат от фразы "написали какую-то дичь". США является крупнейшим в мире потребителем НОУ, и свои потребности в обогащении обеспечивает на 1/3 заказами к Tenex (Росатом), на 1/3 - заказами к европейским кампаниям Areva и URENCO и на 1/3 на американском обогатительном производстве (принадлежащем Urenco) в городе Eunis. Почему в этой проблеме могут возникнуть проблемы с обогащением для американских блоков, и особенно для занимающегося военными задачами Watts Bar - не ясно. Разбавлять ВОУ, что бы зарядить Watts Bar тоже врядли понадобится, хотя DoE каждый год передает энергооператорам 1-2 тонны ВОУ, разбавленного до НОУ (это перегрузка 1-2 реакторов-гигаваттников).Загрузка контейнера с гексафторидом урана в печь для выдачи в питательную линию каскадов центрифуг на производстве URENCO в Нью-Мексико.В общем резюме - в целом паника вокруг трития в исходной статье и особенно в интепретациях СМИ высосана из пальца, хотя для выхода на устойчивое воспроизводство трития DoE и TVA еще требуется приложить некие технические и огранизационные усилия.P.S. В России тритий, по слухам, производится на работающем и сегодня тяжеловодном реакторе "Людмила" на ПО Маяк, однако, насколько я в курсе, достоверно это никогда не подтверждалось. Но в целом с облучательными и радиохимическими мощностями у Росатома ситуация лучше, чем у заоптимизировавшихся американцев.

08 марта, 12:03

ИТЭР: почти готовая шахта реактора

  • 0

Красивую фотографию выложили намедни на Iter.org, где видна оформившаяся шахта реактора, с забетонированными 3 уровнями (из 5) и начавшимся армированием 4 уровня. Видимо, уже через год шахта будет готова, кроме того в конце 17, начале 18 года произойдет заливка опорного кольца под 23000 тонн веса токамака - сейчас внизу виднеется радиальная арматура этого опорного кольца.В самом низу, кроме опорного кольца сквозь биозащиту пройдут водяные и крио коммуникации, а так же большие фидеры магнитной системы. Этажем выше распологается кольцо портов для доступа к диверторному уровню токамака, еще выше - 18 экваториальных портов, включающие в себя 4 туннеля (хорошо видимые слева) для ввода мощных пучков нейтралов. Верхний уровень, арматура которого виднеется справа, тоже будет включать в себя кольцо одинаковых портов для доступа к тору сверху. Наконец, выше 4 уровня будет еще одно кольцо биозащиты с отверстиями для водяных коммуникаций и фидеров магнитов.При том, что еще год назад это место выглядело совсем по другому Первый год, когда прогресс от строителей зданий ИТЭР ощутимо впечатляет. Вторая интересная фотография касается прототипирования дивертора ИТЭР. Дивертор - это важнейшая система внизу токамака, на которою постоянно отводится часть плазмы, где она отдает свое тепло вольфрамовой поверхности дивертора, остывает и откачивается криоконденсационной помпой. Поскольку дивертор непосредственно соприкасается с плазмой (слава богу, с плазмой не из центра, а с периферии) с температурой около 1,5-2,5 млн градусов, технологически это очень непростое устройство. Он разделен на 54 радиальные кассеты, состоящей из рамы, на которой устанавливается три интенсивно охлаждаемые панели с покрытием вольфрамовыми плитками. Производство панелей поделено между Японией, Россией и Евросоюзом, последний так же отвечает за производство рам кассет их сборку в готовую к установке единицу.Как раз прототип такой рамы кассеты дивертора сейчас проходит финишное фрезерование на предприятии CNIM во Франции. Это пустотелое изделие из нержавеющей стали весом 4 тонны, как обычно, сочетающее "ненормальную" геометрию с необходимой высокой точностью (диверторная кассета после позиционирования будет зажиматься между двумя рельсами, для чего и нужна высока точность)Проектное изображение двух диверторных кассет в вакуумной камере ИТЭР. Модель устарела, но в общем геометрию и компоновку передает правильно. Перемещение кассет по дивертору, установка и снятие будет выполняться навороченной робототехнической системой.Кстати интересно, на заднем плане за фрезеруемой рамой диверторной кассеты виднеется радиальная плата тороидального магнита ИТЭР - последняя из 35, которые должен произвести CNIM. Помнится, в 2015 году поставка первой радиальной платы с CNIM на сборку в итальянскую компанию ASG вызывала томительное ожидание, и вот уже и заканчивается очередной этап в производстве тороидальных магнитов, кстати как и производство сверхпроводящего кабеля - в феврале американцы отгрузили последнюю длину СП-кабеля, и теперь нас ждет только сборка всех 18 штатных тороидальных катушек.

Выбор редакции
04 марта, 10:51

Модернизация американских ядерных боеголовок

  • 0

Оригинал взят у de_la_mitrio в Модернизация американских ядерных боеголовок Бюллетень опубликовал БОМБУ за авторством Кристенсена и товарищей.В общем, без долгих рассуждений, под соусом улучшения надёжности и безопасности ядерных боеголовок в США прикрутили к W76-1/Mk4A "супер-запал", способный делать корректировку на промах для более эффективного поражения целей.Было так:Стало так:В итоге вероятность поражения очень укрепленной цели (10000 psi, шахты РС-20) при КВО Трайдента-2 в 100 метров достигает 86%, просто укрепленной (2000 psi) - без малого 100%. Соответственно, более тяжёлым боеголовками можно не экономя закидывать все возможные входы и выходы заглубленных командных пунктов, да и на полное выжигание всех районов патрулирования ПГРК и базирования ПЛАРБ хватит, и еще останется. В общем, убедительный первый обезоруживающий удар вырисовывается.Ну и до кучи кораблики с Иджисом и SM-3 Block IIA.И проблемы (не настолько страшные, как говорят, но все же) с космическим эшелоном СПРН.Вот и ответ, зачем нужен Статус-6. А вообще, конечно, КАЗ ШПУ МБР становится все актуальнее.Цитата нашего ВГК в конце текста очень грамотно приведена.Реальная угроза, что вся стратегическая стабильность развалится.Интересно, будут ли официальные комментарии Страткома и ядерщиков?..Да, и призыв поменьше обсуждать возможности US Navy заиграл новыми красками.

02 марта, 11:01

Урановый баланс России

  • 0

Вновь я возвращаюсь к теме, с которой в свое время начинал блог - загадка уранового баланса России.Начнем с новости:Госкорпорация «Росатом» заявила, что добыла в 2016 году 7,9 тысячи тонн урана в России и за рубежом.Зарубежная добыча достигла уровня 4,9 тысячи тонн. Таким образом, можно говорить о стабильном производстве «Росатомом» этого полезного ископаемого, поскольку годом ранее объёмы были примерно такими же.Согласно данным госкорпорации, в 2015 году в общей сложности было извлечено из недр 7,85 тысячи тонн урана. «Росатом» также сообщил, что в 2016 году потратил на финансирование научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности 4,5% от консолидированной выручки.===Цифра в 7900 тонн складывается из ~3000 тонн добытых в России и почти 4000, добытых по разным зарубежным рудникам, включая ~2500 тонн в Казахстане. Эти цифры стабильны уже как минимум 4 года. В связи с этим интересно прикинуть баланс приходов и расходов урана для Росатома в 2015 году. В принципе выводы можно сделать такие: собственной добычи в России не хватает для расходов внутри России (режим полной изоляции), а добыча всех подразделений Росатома сильно не покрывает всех экспортных операций.Откуда берутся недостающие 7800 тонн урана (т.е. еще одна добыча) - загадка. Можно предположить, что часть из них покрывается покупками на международном рынке, а до 2000 тонн - это переобогащение хвостов. Но в целом, широкие экспортные операции не связанные с прямими поставками топлива на реакторы советского дизайна (в Евросоюз таким образом ушло около 2000 тонн, а в США - вообще весь объем в 3489 тонн, в Китай больше 1300 тонн), которые как раз и пробивают дырку в баллансе говорят о том, что Росатом эта ситуация устраивает.Причем, реально эта дыра в балансе висит с начала 90х годов, хотя ее составляющие и размер и меняются со временем.  Остается надеятся, что этот уран берется не из какого-то еще советского склада природного урана.  

Выбор редакции
28 февраля, 09:34

SpaceX анонсировала облет Луны (туристами).

  • 0

Не совсем моя тема, но трудно пройти мимо:Испытания системы аварийного спасения пилотируемого Dragon, май 2015 годаНовость:Американская частная космическая компания SpaceX объявила о своих планах отправить в конце 2018 года в недельный полет вокруг Луны двух туристов. Это следует из сообщения, опубликованного на официальном сайте компании.«Мы рады сообщить, что SpaceX отправит два частных лица в полет вокруг Луны в конце следующего года. Эти люди будут путешествовать в космос, неся надежды и мечты всего человечества, движимые всеобщим человеческим духом первооткрывательства», — говорится в заявлении.Имена туристов по их же просьбам не разглашаются. Компания отметила, что они уже оплатили бóльшую часть стоимости всего полета. Уже в этом году они начнут проходить необходимые медицинские тесты и тренировки.Туристическую миссию планируется провести на грузовике Dragon 2 (Crew Dragon), выводить его на орбиту будет ракета-носитель тяжелого класса Falcon Heavy. Это новые для SpaceX космические аппараты, которые в настоящее время еще находятся в разработке и тестируются в пилотном режиме. Первые полеты Dragon 2 и Falcon Heavy намечены на 2017 год.​​==Таким образом SpaceX замахивается на очередную мечту энтузиастов космоса - туристический облет Луны. В свое время на "Новостях Космонавтики" порезвились, пытаясь оптимизировать Протоны и Союзы в облет Луны за 150 млн долларов.Как я понимаю, до этого полета необходимо сертифицировать Dragon V2 на пилотируемые полеты вообще, запустить его с астронавтами первый раз, испытать его в отдельном полете на возвращение со скоростью 11 км/с, запустить Falcon Heavy. До конца 2018 года это сделать, скорее всего невозможно, но нам не привыкать к постоянным переносам сроков SpaceX.

27 февраля, 16:52

Новый российский токамак

  • 0

В этом году в Курчатовском институте ожидают поступление ключевых элементов нового токамака Т-15МД: вакуумной камеры с уже смонтированной магнитной системой. Хотя проект называется модернизацией, по сути это будет первая за последние 20 лет новая термоядерная установка в России.Проектное изображение Т-15МД. В центре видна (темно-серая) вакуумная камера тороидальной формы, стрелочками подписаны разные магниты магнитной системы токамака.Вложение приличных денег (2,5 миллиарда рублей) в еще один (наряду с ИТЭР) токамак может показаться неразумным на фоне концептуальной тупиковости машин такого размера, тем не менее это очень важный шаг для поддержания отечественной школы плазмистов и УТС. Кроме того, участвуя в ИТЭР, необходимо иметь токамак достаточных размеров, на котором можно отработать некоторые из идей, прежде чем испытывать их в большой международной лаборатории (и наоборот, углублять понимание данных, полученных на ИТЭР). Для начала стоит вспомнить Т-15, который “модернизируется” в ходе данного проекта (в кавычках это, потому что Т-15МД - это абсолютно новая машина на площадке Т-15, а не модернизация). К моменту принятия решения о строительстве Т-15 СССР начал ощутимо терять лидерство в теории и практике токамаков. Проигрывая JET и TFTR в размерах, Т-15 должен был выигрывать за счет сверхпроводящих тороидальных магнитов, что позволяло сильно удлинить плазменные импульсы и получить плазму высокой плотности и температуры. Для этого было необходимо создать рекордные для начала 80х сверхпроводящие магниты с диаметром около 2 метров и полем на обмотке в 6,5 Т из технологически сложного сверхпроводника Nb3Sn. НИОКР, изготовление и сборка токамака заняла 7 лет.Монтаж центрального солейноида в Т-15, 80е годы.К сожалению, судьба Т-15 сложилась очень печально. Он был изготовлен с ошибками в системе криогенного охлаждения, еще больше проблем оказалось у вакуумной камеры, которая текла и не позволяла достичь необходимого вакуума. В итоге с 1988 по 1995 удалось “пощупать” только инжерную область параметров - короткие импульсы в 1 секунду с током до 1 МА (при планируемом 2 МА и десятках секунд). Что характерно, к моменту пуска Т-15 в мире появился конкурент, французский сверхпроводящий токамак Tore Supre, с очень похожими размерами и идеологией. И именно ему принадлежит сегодняшний рекорд по длительности плазменного импульса - порядка 1000 секунд.Tore Supra во время апргрейда в диверторную конфигурацию (как раз установку опоры дивертора внизу мы видим) под названием WEST. Видно, что Tore Supra гораздо более горизонтально вытянут, чем планируемый Т-15МД.За прошедшее время Т-15, конечно, устарел и морально, и по задачам. Поэтому в рамках “модернизации” команда Курчатовского института во главе с Э.А.Азизовым в свое время предложила на месте Т-15 создать токамак Т-15МД. В новой машине для снижения стоимости и сложности не используются сверхпроводники - магнитная система намотана медным проводником с водяным охлаждением. Новый токамак почти сферический, что позволит поднять плотность и температуры плазмы в тех же габаритах (точнее говоря, плазма остается стабильной при бОльшем отношении давления плазмы к давлению магнитного поля), что и для старого Т-15. Вообще сферичность (или правильнее - аспект) токамака является интересным компромиссом - уменьшая аспект (т.е. делая токамак более сферическим) мы можем поднять давление плазмы при том же поле, но и поле у нас начнет уменьшаться, потому что в центре будет оставаться все меньше места для магнитов. Так, для сферических MAST и NSTX характерные значения тороидального поля - в районе 0.5-0.8 Т, при этом габаритные ограничения не позволяют поднимать поле за счет размещения сверхпроводящих магнитов. Сверхпроводящий модуль советского токамака Т-15 с двумя тороидальными катушками во время сборки.Основные параметры нового токамака, большой радиус R=1,5 м и малый радиус a=0,5 м, достижимая плотность 10^20 частиц на кубометр, максимальный ток плазмы в 2 МА и достижимые температуры электронов и ионов 5-9 кэВ, позволяют его поставить в топ 7 работающих на сегодня в мире установок. Конкретнее,  однозначно круче выглядят европейский JET, полностью сверхпроводящий корейский KSTAR, примерно аналогичная китайская машина EAST, и пущенный в ноябре 2016 обновленный Tore Supra, который теперь называется WEST.Однако Т-15МД вполне можно будет поставить в один ряд с такими машинами, как  американские D-IIID и NSTX, немецкий ASDEX-U и  английский MAST, т.е. Т-15МД получается примерно как топовые национальные машины, введенные в строй до 2000 года.Еще лучше позиция Т-15МД среди сферических токамаков, если все же отнести его к сферическим - третье место. Важным апгрейдом является появление дивертора в Т-15. Дивертор - это устройство для контролируемого непрерывного “слива” части плазмы, что позволяет с помощью непрерывной рециркуляции поддерживать ее чистоту. Это устройство, обычно выполненное в виде кольца внизу или вверху вакуумной камеры абсолютно необходимо для достижения длительных высокопараметрических режимов горения плазмы, однако оно же и самое уязвимое. В любой ситуации, когда энергия плазмы аварийно высвобождается (при срывах или ELM-неустойчивостях), она идет вдоль линий магнитного поля преимущественно на дивертор, который должен выдерживать чудовищные тепловые нагрузки (до десятков гигаватт на метр квадратный в течении миллисекунд).Разрез Т-15МД и модель вакуумной камеры. На разрезе отмечен дивертор и сепаратриса - место размыкания линий магнитного поля, через которые "утекает" плазма.Физика и технология дивертора крайне непроста и местами до сих пор плохо изучена. И именно с приходом Т-15МД у Российских физиков наконец появится возможность полноценно вести исследования взаимодействия плазмы и дивертора.Учитывая доминирование темы ИТЭР в жизни российских плазмистов, было так же принято решение о конфигурации Т-15МД таким образом, чтобы получить по основным геометрическим и плазменным параметрам ¼ ИТЭР, что позволяет проще обрабатывать сценарии ИТЭР на отечественной машине, в том числе все современные задачи токамачной науки (срывы и МГД-неустойчивости, взаимодействие инжекции нейтралов и плазменных волн, H-моду и ELM-неустойчивости, их подавление, запуск токамака электрон-циклотронным разрядом).Еще одной важной новинкой для отечественных физиков должны стать режимы неиндуктивного поддержания тока - наряду с дивертором одна из важнейших и горячих тем для мирового токамачного сообщества, в т.ч. Этому может помочь весьма мощный набор систем внешнего нагрева плазмы, доставшийся “в наследство”, включающий 7 мегаватт 112-гигагерцовых гиротронов и 3 инжектора нейтрального пучка изготовления (плюс один новый диагностический инжектор производства ИЯФ). В дальнейшем, если будут позволять финансы, к этому добавится две радиочастотные системы: 6 мегаватт нагрева за счет ион-циклотронного резонанса и 4 мегаватта нижнегибридного (2,45 ГГц) резонанса (частота позволяет собрать эту систему из пары тысяч промышленных микроволновок :)). С другой стороны, медная магнитная система никогда не позволит повторить рекорды EAST, KSTAR или Tore Supra в сотни и тысячу секунд, ее предел 20-30 секунд, после чего достигается максимальная рабочая температура и магнитны нужно отключать.Отечественный гиротрон (АО "Гиком") во время установки на немецком токамаке ASDEX-U. Похожие будут использованы на Т-15МД.В целом, медная магнитная система при общей дешевизне имеет несколько серьезных минусов - прежде всего это ограничение на длительность работы (10 секунд на максимальном токе и соответственно, поле) и большую потребляемую мощность (около 250 мегаватт, включая реактивную мощность). Под эту мощность в Курчатовсккий Институт заказал у промышленности активные тиристорные выпрямители и реконструирует подстанции 110/10 кВ. Интересно, что потребовалось совместное с МОЭСК моделирование, чтобы убедится, что набор 300 МВт нагрузки за 5 секунд не обрушит московскую энергетику.Моделирование напряжения, тока и температуры в тороидальных катушках во время 10-секундного запуска.Электромагнитная система Т-15МД состоит из 16 тороидальных и 6 полоидальных катушек, 3 секций центрального соленоида и 4 корректирующих катушек. Медно-серебряный проводник тороидальных катушек размером 22,5х32 мм имеет отверстие D10.5 мм для прокачки охлаждающей воды. Для других катушек используются сопоставимые проводники.Все эти катушки были успешно намотаны в 2014-2015 годах в НИИЭФА и на Брянском предприятии “ГКМП” и собраны в корпусах из нержавеющей стали. В прошлом году, кроме того, была проведена контрольная сборка ЭМС необходимая для выверки взаимного расположения магнитов, заданная физиками как +-1 мм допуска."Клетка" из тороидальных магнитов и корректирующие катушки (оранжевые)Внутри электромагнитной системы будет расположена вакуумная камера из нержавеющей стали сложной вытянутой формы с более чем 100 отверстиями для технологических систем и диагностик. Вакуум обеспечивается 4 турбомолекулярными насосами и 2 криосорбционными помпами. В отличии от сверхпроводящих токамаков, здесь отпадает нужда в втором вакуумированном сосуде (криостате) и криогенных тепловых экранах для теплоизоляции катушек от атмосферы и вакуумной камеры.Как обычно, в высоковакуумных устройствах, вакуумная камера Т-15МД оборудована греющим проводом для обеспечения дегазации поверхностей.Вакуумная камера Т-15МД в процессе сборки.Новый российский токамак будет оборудован лимитерами (диафрагмами, ограничивающими форму плазменного шнура на начальных этапах формирования) и дивертором из углерода, что в общем-то прошлый век (сейчас все токамаки переходят на полнометаллические камеры с бериллием и вольфрамом), но тут уж видимо все упирается в технологически и финансовые возможности - в любом случае, сделать вслед за Tore Supra и JET апргрейд на металлический дивертор и лимитер будет не так сложно, как построить новую машину.Научное оборудование Т-15МД. Здесь черным показаны траектории зондирующих центральную плазменную часть ионов Титана.Т-15МД будет оборудован разнообразным научным оборудованием для получения параметров плазмы - прежде всего пятью сотнями датчиков магнитного поля, позволяющими понять магнитогидродинамику плазмы, болометрическими матрицами, получающими карты ИК-излучения плазмы, диагностическим пучком тяжелых ионов, позволяющим измерять распределение потенциала, плотности (и отсюда - турбулентности) плазмы, системой томпсоновского рассеяния на электронах, измеряющей температуру и плотность электронов, диагностическим пучком нейтральных атомов водорода, позволяющим измерять с высоким пространственным разрешением температуру, плотность и скорости ионов, наконец матрицами для приема мягкого рентгеновского излучения.Последняя запущенная в России термоядерная установка - сферический токамак Глобус-МТекущие планы по сооружению Т-15МД включают в себя получение на площадке в мае этого года вакуумной камеры и электромагнитной системы, оборудование вспомогательных систем токамака в 2017-2019 с пуском в 2019 году, хотя скорее всего эти планы будут сдвинуты вправо. Впрочем, учитывая, что предыдущий токамак в России  - небольшой сферический Глобус-М в питерском ФТИ был запущен в 1999 году, можно сказать, что это произойдет совсем скоро.

26 февраля, 10:05

Минутка статистики

  • 0

В январе этого года была закончена кампания по производству ниобий-оловянных стрендов для ИТЭР. В общей сложности с 2007 по 2017 год (причем массовое производство началось с 2009) было выпущено 825 тонн материала, в пике больше 100 тонн в год. Производство было распределено между 6 странами-партнерами - Китаем (7,5%, проводник для токовводов), Европа (20,18%, проводник для тороидальных катушек), Япония (25%, проводник для центрального соленоида), Корея (20,18%, проводник для тороидальных катушек), Россия (19,3%, проводник для тороидальных катушек) и США (8% проводник для тороидальных катушек). Общая стоимость материала составила 350 млн евро.Один из современных вариантов ниобий-оловянного проводника: при общем диаметре 0,81 мм в бронзовой (сплав меди, олова и титана) матрице организовано 8035 филамента из ниобий-танталового сплава. Бронзовое ядро окружено танталовым защитным барьером и медной оболочкой. После намотки в ходе термообработки ниобий образует с оловом из бронзы сверхпроводник Nb3Sn, бронзовая матрица станет медной, тантал организует защитные продиводифуззионные барьеры. Критический ток при 4.2К - до 800 А на мм^2.В середине 2000х годов, перед началом кампании ИТЭР выпуск ниобий-оловянных стрендов не превышал 15 тонн в год, т.к. этот проводник требует сложных технологических операций при намотке в магнит - длительной термообработки и организации электрической изоляции без разворачивания термообработанного проводника. Под производство такого количества нового материала в каждой из стран-участниц было создано новое производство, и есть надежда, что в целом применение ниобий-олова вырастет (кроме традиционного потребителя в виде СП-магнитов для научных приборов в последние годы еще появились и ЯМР-томографы с ниобий-оловянными сверхпроводящими магнитами).

Выбор редакции
22 февраля, 11:26

Иод в воздухе Европы

  • 0

Французский Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety (IRSN) то ли успокаивает, то ли бьет тревогу, информируя о том, что во многих измерительных пунктах Европы замечен радиоактивный нуклид Йод 131.На этой карте показаны точки, в которых обнаружен атмосферный йод, величины удельной активности в мкБк/м^3 и даты, когда это обнаружение произошло. Из этих цифр можно сделать два интересных вывода:1. Измеренные концентрации немысленно мизерные: 1 микробеккерель на кубометр соотвествует примерно 1 молекуле йода на 10^23 молекул воздуха - само измерение таких концентраций представляет сложную техническую задачу (думаю, что использовались фильтры, через которые прогоняется в течении нескольких дней десятки тысяч кубометров воздуха, а затем фильтр измеряется на чувствительном сцинциляционном детекторе под экраном из сверхчистого свинца)2. Обнаружение произошло больше месяца назад, поэтому уже поздно что-то предпринимать - из обнаруженного йода 131 до сегодня дожило ~1/50 часть, так как период полураспада у него 8 суток.К сожалению, эти нюансы утекают от журналистов, поэтому получается очередной маленький праздник радиофоба. Кстати, сами IRSN считают, что речь идет об утечке йода с производства радиофармпрепаратов в восточной Европе: аргументом этому служит тот факт, что зафиксирован единственный изотоп йода, тогда как при утечке из реакторов или свежего ОЯТ были бы видны и другие изотопы. В итоге получаем, что событие, никак не вляющее на биосферу и людей станет очередным аргументом в руках зеленых против атомной индустрии. С другой стороны, если бы ISRN умолчал этот факт и это бы потом вскрылось, то эффект был бы еще хуже...