Què és un TOKAMAK?
L'electricitat es produeix amb energia de combustibles fòssils, reaccions de fisión nuclear o recursos d'energia renovable, com l'aigua o el vent. Independentment de la font d'energia, les plantes generen electricitat transformant la potència mecànica, com la rotació d'una turbina, en energia elèctrica. En el cas dels combustibles fòssils i l'energia nuclear, la calor produïda converteix l'aigua de refredament en vapor, que impulsa turbines que produeixen electricitat a través d'un alternador.El tokamak és una màquina experimental dissenyada per aprofitar l'energia de la fusió. En el recinte d'un tokamak, l'energia generada per la fusió dels nuclis atòmics s'absorbeix en forma de calor per les parets de la cambra de buit. Igual que les centrals elèctriques convencionals, una fundició utilitzarà aquesta calor per produir vapor i, a través de turbines i alternadors, l'electricitat.ITER és un pas important en el camí d'un reactor de fusió. El seu funcionament establirà nous registres d'energia de fusió i provarà una gran quantitat de tecnologies en condicions que seran les d'una planta de fusió. Però ITER no produirà electricitat.
IMANTS
El sistema magnètic ITER serà el més gran i més integrat del món.En el tokamak ITER, 10.000 tones de sistemes superconductors (amb una energia magnètica total de 51 Gigajoules) generaran el camp magnètic que crearà, limitarà i configurarà el plasma. Fabricats a partir de niobium-tin (Nb3Sn) o niobium-titanium (Nb-Ti), els electromagnets esdevenen superconductors quan es refreden a menys de 270 ° C (4K).La
El rendiment esperat d'ITER no seria possible simplement sense l'ús de la superconductivitat.Els "cables conductors" (CICC), amb un circuit de refrigeració intern, format per fils d'aliatge superconductors i coure tancats en una jaqueta d'acer, constitueixen els elements bàsics del sistema magnètic.Per a l'aliatge amb les majors dificultats tecnològiques -niobium-tin (Nb3Sn), per a les bobines de camp toroidals i el nou solenoide central-, els proveïdors van assegurar la producció d'unes 500 tones de fileres. Aquest esforç industrial a gran escala ha suposat un augment de la producció mundial anual (de 15 a 100 tones) i ha donat lloc a l'aparició de tres nous proveïdors en el mercat internacional.
Cambra de buit
La cambra de buit és el tancament d'acer inoxidable hermèticament tancat en què es produeixen reaccions de fusió. També actua com la primera barrera de contenció. En aquest volum toroidal (com una cambra d'aire), les partícules de plasma es mouen en un moviment espiral continu sense entrar en contacte amb les parets.
La cambra de buit és un entorn d'alt buit. Proporciona una primera protecció contra la radiació de neutrons, participa en l'estabilitat del plasma i actua com una primera barrera per a la confinament de la radiació. També proporciona suport per a alguns dels components interns del tokamak, com ara els mòduls del sostre o el desviador. La cambra de buit està equipada amb una doble paret d'acer; l'aigua de refrigeració circularà entre les dues parets per evacuar la calor generada per les reaccions de fusió.L'accés a la càmera de buit per a operacions de manipulació remota i intervencions en instal·lacions de diagnòstic, calefacció i buit serà a través de quaranta-quatre "penetracions". Tres de les 17 penetracions equatorials estaran reservades per a la injecció de neutrals; al nivell inferior, cinc penetracions proporcionaran accés als cassets de desviador per permetre el reemplaçament o el manteniment, mentre que altres quatre es dedicaran als sistemes de bombeig de buit. En funcionament, aquestes obertures es tanquen mitjançant brides segellades per permetre l'evacuació de la càmera de plasma.Un "rajola" que consisteix en els mòduls de cobertura assegurarà la protecció de la superfície interna de la càmera de buit contra l'impacte dels neutrons d'energia molt elevats produïts per la reacció de fusió. En una fase posterior del programa operatiu de la màquina, també s'utilitzaran alguns mòduls de sostre per a provar materials per a sistemes de producció de triti. Igual que el sistema ITER magnètic, la càmera de buit es troba dins del criostat.En un tokamak, la mida de la cambra de buit determina el volum del plasma de fusió: com més gran sigui la cambra, major serà el plasma i més potència de la màquina. Amb un volum total de 1.400 metres cúbics, la càmera de buit ITER proporcionarà als físics una eina experimental sense precedents. El volum de plasma (840 metres cúbics) serà deu vegades més gran que el dels tokamaks més importants actualment en funcionament. De 19 metres d'ample, 11 metres d'alçada, amb un radi de 6 metres, la cambra de buit pesa 5.200 tones. (Amb la tapa i el desviador, aquest pes augmentarà a 8.500 tones).
Cobertura
Els mòduls de coberta 440 que recorren les superfícies internes de la càmera de buit protegeixen la càmera i els imants dels fluxos de calor i de neutrons a partir de la reacció de fusió. Es ralentitzen els neutrons, transformant la seva energia cinètica en energia tèrmica que es dissiparà per l'aigua de refredament. En les plantes de fusió, aquesta energia s'utilitzarà per produir electricitat.Cada mòdul mesura 1 x 1,5 metres i pesa fins a 4,6 tones. Hi ha unes 180 variants (depenent de la ubicació del mòdul a la cambra de buit).
Tots tenen en comú una primera paret desmuntable situada directament enfront del plasma i responsable d'evacuar la càrrega tèrmica, i un escut que proporciona protecció contra neutrons. Els mòduls també han de permetre el pas de diversos sistemes de diagnòstic, dispositius de visualització i sistemes de calefacció de plasma.La tapa és un dels components més crítics i tècnics de l'ITER perquè, com el desviador, es col·loca directament davant del plasma calent. A causa de les seves propietats físiques excepcionals (té poca contaminació del plasma i poca retenció d'hidrogen), el beril·li ha estat escollit com a material de revestiment per a la primera paret. L'escut estarà fabricat en acer inoxidable i coure d'alta resistència.A causa de la intensitat de deposició de calor prevista, la coberta està dissenyada per suportar una càrrega tèrmica màxima de 736 MW; ITER també serà la primera màquina de fusió amb una coberta de refrigeració activa.En una etapa posterior del programa ITER, els mòduls experimentals, coneguts com "tritigenes", posaran a prova diverses solucions per generar triti en el tancament real de la màquina. ITER consumirà gairebé tot l'inventari mundial de triti (uns 40 quilograms) i futures plantes de fusió hauran de produir in situ el triti que alimentarà la reacció. El futur industrial de la fusió implica necessàriament l'autosuficiència en el triti.
Desviador
El desviador és un dels elements essencials de la màquina ITER. Situat al "pis" de la cambra de buit, el desviador ITER assegura l'extracció d'efluents gasosos i impureses, així com alguns de la calor generada per reaccions de fusió.Cada un dels 54 "cassets" del desviador consisteix en una estructura d'acer inoxidable i tres elements, o "blancs", posicionats davant del plasma: un objectiu vertical intern, un objectiu vertical extern i una cúpula. Els cassets també poden equipar-se amb diversos sistemes de diagnòstic per al control i l'optimització del plasma.Situada a la intersecció de les línies de força del camp magnètic, on les partícules de plasma altament energètiques copegen els components, els objectius han de ser capaços de suportar càrregues tèrmiques de superfície molt elevades. Es refrigeren activament mitjançant la circulació de l'aigua.Els objectius estan exposats a càrregues tèrmiques molt elevades, de l'ordre de 10 a 20 MW / m². El tungstè (W), un metall altament refractari, va ser triat com a material superficial després d'un enfocament internacional per qualificar el seu ús en el tokamak ITER (recerca i desenvolupament, experiments i prototips).S'instal·laran les 54 cassets (10 tones cadascuna) i també es reemplacen almenys una vegada durant la fase operativa d'ITER, amb eines de control remot especialment dissenyades per al programa.
Criostat
El criostat ITER: la càmera de buit d'acer inoxidable més gran mai construïda (16.000 m³): embolica la càmera de buit i els imants superconductors, delimitant un entorn de buit extremadament fred.Mesurant gairebé 30 metres d'alçada i el mateix diàmetre, el criostat ha estat dimensionat pels elements molt grans que l'envolten, incloent les bobines de camp polar. Fabricat a partir de 3.850 tones d'acer, la base del criostat (1.250 tones)
serà el component més pesat de la màquina ITER.La seva estructura està perforada amb gairebé 280 obertures, algunes d'elles de 4 metres d'amplada, per a operacions de manteniment (23 obertures) i permeten l'accés a canonades, fonts d'alimentació, sistemes de calefacció, diagnòstic i maneig remot.Es faran servir manxes grans entre la càmera de buit, el criostat i les parets Tokamak per compensar els moviments relatius que es poden produir durant les operacions i aïllar el buit d'alta velocitat a l'interior del criostat.Les quatre seccions principals del criostat es muntaran en un taller al lloc ITER.
