Μέσα στην 16ετή κατασκευή του τελικού ευρωπαϊκού δοχείου κενού για τον ITER

Ένα τεράστιο χαλύβδινο εξάρτημα έφτασε πρόσφατα σε ένα εργοτάξιο στο Cadarache της Γαλλίας και η παρουσία του σηματοδοτεί μια αλλαγή στο χρονοδιάγραμμα της παγκόσμιας ενεργειακής έρευνας. Αυτό το εξάρτημα είναι ο πέμπτος και τελευταίος τομέας δοχείου κενού που παρέχεται από την Ευρώπη για τον Διεθνή Θερμοπυρηνικό Πειραματικό Αντιδραστήρα, ή ITER. Κοιτάζοντάς το, βλέπει κανείς μια σφήνα 440 τόνων από χάλυβα υψηλής ποιότητας που έχει ύψος πάνω από 14 μέτρα. Αυτό το μεμονωμένο κομμάτι είναι μέρος ενός μεγαλύτερου παζλ που, όταν ολοκληρωθεί, θα σχηματίσει έναν θάλαμο σε σχήμα ντόνατ 5.200 τόνων, σχεδιασμένο να περιέχει μια ελεγχόμενη αντίδραση σύντηξης.

Το ταξίδι αυτού του τομέα ξεκίνησε πολύ πριν τα φορτηγά βαρέων φορτίων της DAHER τον μεταφέρουν στη γαλλική ύπαιθρο. Ξεκίνησε πριν από 16 χρόνια στα γραφεία σχεδιασμού και τα εργοστάσια της Ιταλίας. Για να καταλάβει κανείς πώς ένα κομμάτι βαριάς βιομηχανίας αυτού του μεγέθους επηρεάζει το μέσο νοικοκυριό, πρέπει να κοιτάξει πέρα από τον γκρίζο χάλυβα και να δει τη διαδικασία κατασκευής που το δημιούργησε. Αυτό το έργο είναι η αόρατη ραχοκοκαλιά της σύγχρονης βιομηχανικής ανάπτυξης, δοκιμάζοντας τα όρια του τι μπορούν να χτίσουν οι άνθρωποι με μέταλλο και μαθηματικά.

Ο μακρύς δρόμος από την ιταλική ακτή

Ο τελικός τομέας έφυγε από το εργοστάσιο της Westinghouse στο Monfalcone, μια πόλη στην ακτή της Αδριατικής στην Ιταλία. Πριν μπορέσει να αποσταλεί, οι εργαζόμενοι πέρασαν χρόνια συναρμολογώντας τέσσερα ξεχωριστά τμήματα σε μια ενιαία, ενοποιημένη σφήνα. Αυτά τα τμήματα ήταν το αποτέλεσμα της συνεργασίας μεταξύ της Westinghouse και της Walter Tosto, μιας εταιρείας με έδρα το Chieti. Η διαδικασία δεν ήταν μια απλή υπόθεση χύτευσης μετάλλου σε ένα καλούπι. Κάθε τομέας απαιτούσε περισσότερα από 1,6 χιλιόμετρα συγκόλλησης για να διασφαλιστεί ότι θα μπορούσε να αντέξει την έντονη πίεση και τη θερμότητα ενός περιβάλλοντος σύντηξης.

Αν πάρετε το συνολικό μήκος των ραφών συγκόλλησης και στους πέντε ευρωπαϊκούς τομείς, έχετε μια γραμμή μήκους 750 χιλιομέτρων. Αυτή η απόσταση είναι περίπου η ίδια με την οδήγηση από το Παρίσι προς τις ακτές της Μεσογείου. Κάθε χιλιοστό αυτών των συγκολλήσεων έπρεπε να είναι τέλειο. Το δοχείο κενού λειτουργεί σαν ένα θερμός υψηλής τεχνολογίας. Πρέπει να κρατά τον έξω κόσμο έξω και το πλάσμα των 150 εκατομμυρίων βαθμών μέσα. Ακόμη και μια μικροσκοπική διαρροή ή μια δομική κακή ευθυγράμμιση άνω των λίγων χιλιοστών θα καθιστούσε ολόκληρο τον αντιδραστήρα άχρηστο. Αυτό το επίπεδο ακρίβειας είναι κοινό στην ωρολογοποιία, αλλά σπάνια παρατηρείται σε εξαρτήματα που ζυγίζουν όσο 350 μεσαίου μεγέθους αυτοκίνητα.

Τεχνητή νοημοσύνη στο δάπεδο του εργοστασίου

Κατά τη φάση της κατασκευής, ο οργανισμός Fusion for Energy, ο υπεύθυνος για τη συνεισφορά της Ευρώπης, στράφηκε στο λογισμικό για να λύσει ανθρώπινα προβλήματα. Χρησιμοποίησαν τεχνητή νοημοσύνη για να διασταυρώσουν δεδομένα που συλλέχθηκαν από τεχνικές ομάδες στα εργοστάσια. Αυτή ήταν μια πρακτική εφαρμογή της AI και όχι η κερδοσκοπική χρήση που παρατηρείται συχνά στην καταναλωτική τεχνολογία. Το λογισμικό αναζήτησε μοτίβα στα δεδομένα κατασκευής που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν ένα μικροσκοπικό ελάττωμα ή μια απόκλιση από το σχέδιο.

Χρησιμοποιώντας την AI ως έναν ακούραστο ασκούμενο για τη σάρωση εκατομμυρίων σημείων δεδομένων, οι μηχανικοί μπορούσαν να διασφαλίσουν ότι τα χαλύβδινα τμήματα θα ταίριαζαν τέλεια μόλις έφταναν στην τοποθεσία στη Γαλλία. Αυτή η προσέγγιση βάσει δεδομένων εξοικονόμησε χιλιάδες ώρες χειροκίνητης επιθεώρησης. Παρείχε επίσης ένα προσχέδιο για το πώς η βαριά βιομηχανία μπορεί να χρησιμοποιήσει ψηφιακά εργαλεία για τη διαχείριση τεράστιων έργων υλικού. Πρακτικά μιλώντας, αυτό σημαίνει ότι οι τεχνικές που αναπτύχθηκαν για τον ITER πιθανότατα θα βρουν το δρόμο τους στην κατασκευή γεφυρών, πλοίων και τυπικών σταθμών παραγωγής ενέργειας την επόμενη δεκαετία.

Μια ιστορία δύο κατασκευαστικών κόμβων

Η παραγωγή των εννέα τομέων που αποτελούν το δοχείο κενού ήταν μια κοινή ευθύνη. Η Ευρώπη είχε αρχικά αναλάβει την παραγωγή επτά τομέων, ενώ η Νότια Κορέα ήταν υπεύθυνη για δύο. Το 2016, οι ομάδες άλλαξαν το σχέδιο. Η Νότια Κορέα ανέλαβε την παραγωγή δύο επιπλέον τομέων που είχαν αρχικά ανατεθεί στην ΕΕ. Αυτή η μετατόπιση επέτρεψε στο έργο να προχωρήσει πιο αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας τις εξειδικευμένες εγκαταστάσεις που είναι διαθέσιμες και στις δύο περιοχές.

Η Νότια Κορέα ολοκλήρωσε τους τέσσερις τομείς της μεταξύ 2020 και 2024. Με την άφιξη του πέμπτου ευρωπαϊκού τομέα, η κατασκευή αυτών των τεράστιων σφηνών ολοκληρώθηκε επιτέλους. Κοιτάζοντας τη μεγάλη εικόνα, αυτή η διεθνής συνεργασία είναι που καθιστά δυνατό τον ITER. Κανένα έθνος δεν έχει τον προϋπολογισμό ή την εργοστασιακή ικανότητα να κατασκευάσει μόνο του κάθε μέρος ενός αντιδραστήρα σύντηξης. Το κόστος μοιράζεται μεταξύ 35 εθνών, συμπεριλαμβανομένης της Κίνας, της Ινδίας, της Ιαπωνίας, της Ρωσίας και των Ηνωμένων Πολιτειών. Η Ευρωπαϊκή Ένωση πληρώνει σχεδόν το μισό της κατασκευής, ενώ οι υπόλοιποι μοιράζονται το εναπομείναν κόστος.

Το βάρος του μεγαλύτερου θερμός στον κόσμο

Μόλις και οι εννέα τομείς συγκολληθούν μαζί στη Γαλλία, το δοχείο κενού θα έχει πλάτος 19,4 μέτρα και ύψος 11,4 μέτρα. Ο εσωτερικός του όγκος είναι 1.400 κυβικά μέτρα, που είναι περίπου ο μισός όγκος μιας ολυμπιακής πισίνας. Ωστόσο, το χαλύβδινο κέλυφος είναι μόνο η αρχή. Οι μηχανικοί πρέπει ακόμη να εγκαταστήσουν το κάλυμμα (blanket) και τον εκτροπέα (divertor) μέσα στο δοχείο. Αυτά τα μέρη προστατεύουν τον χάλυβα από τη θερμότητα του πλάσματος.

Όταν αυτά τα εσωτερικά εξαρτήματα τοποθετηθούν, το συνολικό βάρος του δοχείου θα αυξηθεί από 5.200 τόνους σε 8.500 τόνους. Για τον μέσο χρήστη, αυτός ο αριθμός είναι δύσκολο να οπτικοποιηθεί. Είναι περίπου ισοδύναμος με το βάρος του σιδερένιου σκελετού του Πύργου του Άιφελ. Η μετακίνηση και η ευθυγράμμιση αυτών των εξαρτημάτων απαιτεί ένα επίπεδο μηχανικής υπομονής που είναι ξένο προς τον γρήγορο κόσμο των καταναλωτικών ηλεκτρονικών ειδών. Ενώ ένα νέο smartphone μπορεί να χρειαστεί 18 μήνες για να αναπτυχθεί, ένας μόνο τομέας του δοχείου ITER χρειάστηκε 16 χρόνια για να ολοκληρωθεί.

Τι σημαίνει αυτό για τον μελλοντικό λογαριασμό ρεύματος σας

Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι ο ITER είναι ένα επιστημονικό πείραμα, όχι ένας εμπορικός σταθμός παραγωγής ενέργειας. Δεν θα διοχετεύσει ηλεκτρική ενέργεια στο δίκτυο. Ο στόχος είναι να αποδειχθεί ότι μπορούμε να πάρουμε 500 μεγαβάτ ισχύος σύντηξης από το σύστημα, ενώ εισάγουμε μόνο 50 μεγαβάτ ισχύος θέρμανσης. Εάν αυτό λειτουργήσει, θα ανοίξει το δρόμο για μια νέα γενιά σταθμών παραγωγής ενέργειας που παρέχουν ενέργεια χωρίς άνθρακα, χωρίς τα μακρόβια ραδιενεργά απόβλητα που σχετίζονται με την παραδοσιακή πυρηνική σχάση.

Από την πλευρά του καταναλωτή, το όφελος είναι η μακροπρόθεσμη ενεργειακή σταθερότητα. Το καύσιμο σύντηξης προέρχεται από το νερό και το λίθιο, τα οποία βρίσκονται σε αφθονία. Σε αντίθεση με το πετρέλαιο ή το φυσικό αέριο, η τιμή της ενέργειας σύντηξης δεν θα συνδέεται με ασταθείς παγκόσμιες αλυσίδες εφοδιασμού ή γεωπολιτικές συγκρούσεις με τον ίδιο τρόπο. Ωστόσο, το χρονοδιάγραμμα είναι μακρύ. Το έργο ανανέωσε πρόσφατα το πρόγραμμά του με στόχο την πλήρη λειτουργία έως το 2035. Αυτό σημαίνει ότι η σύντηξη δεν θα λύσει την άμεση ενεργειακή κρίση, αλλά παραμένει θεμελιώδες μέρος του σχεδίου για το δεύτερο μισό αυτού του αιώνα.

Βιομηχανική ανθεκτικότητα και η γραμμή τερματισμού

Η παράδοση αυτού του τελικού τομέα είναι μια απτή νίκη για την ευρωπαϊκή μεταποίηση. Ο Marc Lachaise, Διευθυντής του Fusion for Energy, σημείωσε ότι η ομάδα εργάστηκε ως ενιαία μονάδα για να ξεπεράσει τα τεχνικά εμπόδια της τελευταίας δεκαετίας. Αυτό το έργο δείχνει ότι ευρωπαϊκές εταιρείες όπως η Walter Tosto και η Ansaldo Nucleare μπορούν να ανταγωνιστούν στο υψηλότερο επίπεδο της παγκόσμιας τεχνολογίας.

Τελικά, η άφιξη του τομέα στο Cadarache είναι μια υπενθύμιση ότι τα μεγάλα πράγματα απαιτούν χρόνο. Σε μια εποχή άμεσης ικανοποίησης και ψηφιακής ταχύτητας, τα 2 εκατομμύρια ώρες εργασίας που δαπανήθηκαν σε αυτούς τους πέντε τομείς αντιπροσωπεύουν ένα διαφορετικό είδος προόδου. Είναι μια πρόοδος που μετριέται σε χιλιοστά και δεκαετίες παρά σε likes ή κοινοποιήσεις. Καθώς η φάση συναρμολόγησης συνεχίζεται στη Γαλλία, η εστίαση μετατοπίζεται από την κατασκευή των εξαρτημάτων στη συναρμολόγησή τους. Η επιτυχία αυτού του 16ετούς κατασκευαστικού ταξιδιού είναι ένα απαραίτητο βήμα προς έναν κόσμο όπου η καθαρή ενέργεια θα είναι τόσο κοινή όσο το νερό που πίνουμε.

Πηγές: ITER Organisation, Fusion for Energy (F4E), Westinghouse Electric Company, Ansaldo Nucleare.