Žvilgsnis į 16 metų trukusią paskutiniojo europietiško ITER vakuumo kameros sektoriaus gamybą

Masyvus plieno komponentas neseniai pasiekė statybų aikštelę Kadaraše, Prancūzijoje, ir jo pasirodymas žymi lūžį pasaulinių energijos tyrimų tvarkaraštyje. Šis komponentas yra penktasis ir paskutinis vakuumo kameros sektorius, kurį Tarptautiniam termobranduoliniam eksperimentiniam reaktoriui (ITER) pateikė Europa. Žvelgiant į jį, matomas 440 tonų sveriantis aukštos kokybės plieno pleištas, kurio aukštis siekia daugiau nei 14 metrų. Ši viena detalė yra dalis didesnės dėlionės, kurią užbaigus bus suformuota 5 200 tonų sverianti spurgos formos kamera, skirta valdomai sintezės reakcijai palaikyti.

Šio sektoriaus kelionė prasidėjo gerokai anksčiau, nei DAHER sunkiasvoriai sunkvežimiai pervežė jį per Prancūzijos apylinkes. Ji prasidėjo prieš 16 metų Italijos projektavimo biuruose ir gamyklose. Norint suprasti, kaip tokio dydžio sunkiosios pramonės kūrinys veikia vidutinį namų ūkį, reikia žvelgti giliau nei pilkas plienas – į patį gamybos procesą. Šis projektas yra nematomas šiuolaikinės pramonės plėtros stuburas, išbandantis ribas to, ką žmonės gali sukurti pasitelkdami metalą ir matematiką.

Ilgas kelias nuo Italijos pakrantės

Paskutinis sektorius iškeliavo iš „Westinghouse“ gamyklos Monfalkonėje, mieste prie Adrijos jūros krantų Italijoje. Prieš jį išsiunčiant, darbuotojai ne vienerius metus jungė keturis atskirus segmentus į vieną vientisą pleištą. Šie segmentai buvo „Westinghouse“ ir Kieti mieste įsikūrusios bendrovės „Walter Tosto“ bendradarbiavimo rezultatas. Procesas nebuvo paprastas metalo pylimas į formą. Kiekvienam sektoriui prireikė daugiau nei 1,6 kilometro suvirinimo siūlių, kad būtų užtikrintas atsparumas didžiuliam slėgiui ir karščiui sintezės aplinkoje.

Jei sudėtumėte visų penkių Europos sektorių suvirinimo siūlių ilgį, gautumėte 750 kilometrų ilgio liniją. Šis atstumas yra maždaug toks pat, kaip kelionė automobiliu iš Paryžiaus į Viduržemio jūros pakrantę. Kiekvienas tų siūlių milimetras turėjo būti tobulas. Vakuumo kamera veikia kaip aukštųjų technologijų termosas. Ji privalo apsaugoti vidų nuo išorinio pasaulio ir išlaikyti 150 milijonų laipsnių temperatūros plazmą viduje. Net menkiausias nuotėkis ar konstrukcinis nuokrypis, viršijantis kelis milimetrus, padarytų visą reaktorių bevertį. Toks tikslumo lygis būdingas laikrodžių gamybai, tačiau retai sutinkamas komponentuose, sveriančiuose tiek, kiek 350 vidutinio dydžio automobilių.

Dirbtinis intelektas gamykloje

Gamybos etapo metu „Fusion for Energy“ – agentūra, atsakinga už Europos įnašą – pasitelkė programinę įrangą žmonių problemoms spręsti. Jie naudojo dirbtinį intelektą, kad sutikrintų techninių komandų gamyklose surinktus duomenis. Tai buvo praktinis DI pritaikymas, o ne spekuliacinis naudojimas, dažnai matomas vartotojų technologijose. Programinė įranga ieškojo dėsningumų gamybos duomenyse, kurie galėtų rodyti nedidelį defektą ar nuokrypį nuo projekto.

Naudodami DI kaip nenuilstantį praktikantą, skenuojantį milijonus duomenų taškų, inžinieriai galėjo užtikrinti, kad plieno segmentai puikiai susijungs pasiekę vietą Prancūzijoje. Šis duomenimis pagrįstas požiūris sutaupė tūkstančius valandų rankinio tikrinimo. Tai taip pat tapo pavyzdžiu, kaip sunkioji pramonė gali naudoti skaitmeninius įrankius valdydama masyvius techninės įrangos projektus. Praktiškai tai reiškia, kad ITER sukurti metodai tikriausiai bus pritaikyti tiltų, laivų ir standartinių elektrinių statyboje per ateinantį dešimtmetį.

Dviejų gamybos centrų istorija

Devynių sektorių, sudarančių vakuumo kamerą, gamyba buvo bendra atsakomybė. Iš pradžių Europai buvo pavesta pagaminti septynis sektorius, o Pietų Korėja buvo atsakinga už du. 2016 m. grupės pakeitė planą. Pietų Korėja perėmė dviejų papildomų sektorių, kurie iš pradžių buvo priskirti ES, gamybą. Šis pokytis leido projektui judėti į priekį efektyviau, išnaudojant abiejuose regionuose esančius specializuotus pajėgumus.

Pietų Korėja savo keturis sektorius užbaigė 2020–2024 m. laikotarpiu. Atvykus penktajam Europos sektoriui, šių masyvių pleištų gamyba pagaliau baigta. Žvelgiant plačiau, būtent šis tarptautinis bendradarbiavimas daro ITER įmanomą. Nė viena tauta neturi biudžeto ar gamyklų pajėgumų, kad viena pastatytų kiekvieną sintezės reaktoriaus dalį. Išlaidas dalijasi 35 šalys, įskaitant Kiniją, Indiją, Japoniją, Rusiją ir JAV. Europos Sąjunga apmoka beveik pusę statybų išlaidų, o kitos šalys dalijasi likusią dalį.

Didžiausio pasaulyje termoso svoris

Kai visi devyni sektoriai bus suvirinti Prancūzijoje, vakuumo kamera bus 19,4 metro pločio ir 11,4 metro aukščio. Jos vidinis tūris siekia 1 400 kubinių metrų, o tai yra maždaug pusė olimpinio plaukimo baseino tūrio. Tačiau plieninis korpusas yra tik pradžia. Inžinieriai kameros viduje dar turi sumontuoti apsauginį sluoksnį (blanket) ir divertorių. Šios dalys saugo plieną nuo plazmos karščio.

Sumontavus šiuos vidinius komponentus, bendras kameros svoris šoktelės nuo 5 200 tonų iki 8 500 tonų. Vidutiniam vartotojui šį skaičių sunku įsivaizduoti. Tai maždaug atitinka Eifelio bokšto geležinio karkaso svorį. Šių komponentų perkėlimas ir derinimas reikalauja tokios inžinerinės kantrybės, kuri yra svetima sparčiam vartotojų elektronikos pasauliui. Nors naujas išmanusis telefonas gali būti sukurtas per 18 mėnesių, vienam ITER kameros sektoriui pagaminti prireikė 16 metų.

Ką tai reiškia jūsų būsimai sąskaitai už elektros energiją

Svarbu atsiminti, kad ITER yra mokslinis eksperimentas, o ne komercinė elektrinė. Jis netieks elektros į tinklą. Tikslas yra įrodyti, kad iš sistemos galime gauti 500 megavatų sintezės galios, sunaudodami tik 50 megavatų šildymo galios. Jei tai pavyks, bus atvertas kelias naujos kartos elektrinėms, kurios teiks anglies dvideginio neišskiriančią energiją be ilgaamžių radioaktyviųjų atliekų, būdingų tradicinei branduolių dalijimosi energetikai.

Vartotojo požiūriu, nauda yra ilgalaikis energijos stabilumas. Sintezės kuras gaunamas iš vandens ir ličio, kurių atsargos yra gausios. Skirtingai nei naftos ar dujų atveju, sintezės energijos kaina nebus taip stipriai susieta su nepastoviomis pasaulinėmis tiekimo grandinėmis ar geopolitiniais konfliktais. Tačiau laiko tarpas yra ilgas. Projektas neseniai atnaujino savo tvarkaraštį, siekdamas pilno veikimo iki 2035 metų. Tai reiškia, kad sintezė neišspręs neatidėliotinos energetikos krizės, tačiau ji išlieka pagrindine plano dalimi antrajai šio šimtmečio pusei.

Pramoninis atsparumas ir finišo tiesioji

Šio paskutinio sektoriaus pristatymas yra apčiuopiama Europos gamybos pergalė. Marc Lachaise, „Fusion for Energy“ direktorius, pažymėjo, kad komanda dirbo kaip vienas vienetas, kad įveiktų pastarojo dešimtmečio technines kliūtis. Šis projektas rodo, kad Europos įmonės, tokios kaip „Walter Tosto“ ir „Ansaldo Nucleare“, gali konkuruoti aukščiausiame pasaulinių technologijų lygyje.

Galiausiai sektoriaus atvykimas į Kadarašą primena, kad dideliems dalykams reikia laiko. Momentinio pasitenkinimo ir skaitmeninio greičio eroje 2 milijonai darbo valandų, įdėtų į šiuos penkis sektorius, atspindi kitokią pažangą. Tai pažanga, matuojama milimetrais ir dešimtmečiais, o ne „patinka“ paspaudimais ar pasidalijimais. Prancūzijoje tęsiantis surinkimo etapui, dėmesys nukrypsta nuo detalių gamybos prie jų sujungimo. Šios 16 metų trukusios gamybos kelionės sėkmė yra būtinas žingsnis link pasaulio, kuriame švari energija bus tokia pat įprasta kaip vanduo, kurį geriame.

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