国际热核实验堆是一个国际项目，旨在建设一个容量为500兆瓦的中试反应堆，该反应堆已正式从建造阶段过渡到组装阶段。
维塔利·克拉西尔尼科夫（Vitaly Krasilnikov）-我们的讲故事的人，已经为这个项目工作了七年。
Vitaly来自Troitsk。他毕业于三位一体学校3（现在是一所中学），在MEPhI的物理与技术学院学习，以他的父亲和家人的朋友为主题的托卡马克问题为例，然后在TRINITY科学中心工作。他在国际热核实验堆（ITER）申请了一个有趣的空缺职位，目前正在参与建造人类有史以来最大的托卡马克。自去年年底以来，维塔利（Vitaliy）和他的同事一直在监督中子诊断学的发展。
8月，在我们的三位一体沸点的支持下，他举行了网络研讨会“融合何时开始？” ...本文的核心是他的演讲和随后的问答环节的录音笔录。
因此，让我们谈谈热核聚变。
开了一个玩笑：无论您问什么年融合的年份，他们都会在10年后回答您。今天，我们根据国际热核实验堆项目-国际热核实验反应堆（国际实验热核反应堆）的时间安排来制定这些预测。现在，这是该领域所有重大发展都进行的旗帜。
预计ITER在其鼎盛时期将产生500兆瓦的核电，是其运行所需功率的10倍。这是最雄心勃勃的能源项目之一。今天，有七个伙伴国家出席了会议，这些伙伴国家占世界人口的50％以上：欧盟国家（作为一个参与者），中国，印度，日本，俄罗斯，韩国和美国。该项目得到澳大利亚和哈萨克斯坦的支持。
热核装置的基本原理
对于没有准备的观众，我将略述一下ITER中体现的主要思想。
正在为氢同位素-氘和tri建造一个实验性反应堆。如果普通氢的原子核由一个质子组成，则氘核包含一个质子和一个中子，而核包含一个质子和两个中子。作为氘和tri反应的结果，获得了由五个元素组成的复杂原子核，该原子核分解为氦气和中子。
氘和tri的核反应与氦和自由中子的形成
氦是一种惰性气体，无害。自由中子的寿命很短；它本身并不危险。但是它有很多能量，因此必须以某种方式捕获和减速中子，并且必须有益地利用其动能。一种选择是加热水，制造涡轮机，并将该能量转化为电能。
为了结合氘和tri，它们需要彼此分散。大量使用时，可以通过加热两种气体的混合物来完成。但为了在ITER规模上进行此反应（已获得一定的消耗功率与有用功率之比），根据初步计算，有必要将混合物加热到100-200百万度（开氏或摄氏温度不再重要）。进行比较：太阳只有一千万度，即 实验反应器内部的温度应高10至20倍。
电场和磁场可用于将这种温度的等离子体保持在封闭的体积中。
早在苏联就提出了一种合适的仪器-这是一个称为“托卡马克”的环形室。
托卡马克区的ITER聚变反应堆是一个电磁线圈，其中形成磁场的方式使它们将血浆保持在“甜甜圈”内部一定的体积内。
热核聚变的广阔前景站在三个支柱上。
- 所描述的反应的燃料实际上是无限的，地球上现有的储备将足以维持数百万年：世界海洋中有氘，而lithium可以无限量地由锂生产。
- 原则上，由于不受控制的热核反应而导致的爆炸或核破坏是不可能的。如果出了什么问题，反应就会消失。
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托卡马克人以前已经建造过，包括在俄罗斯。但是，即使是位于英格兰（Jet）的最大托卡马克，其消耗的能源也仍然超过其产生的能源：现在，接收功率与消耗功率之比为0.8至0.9。国际热核实验堆计划将结果提高一个数量级，以其他等离子体物理为代价，使比率达到10，而其他等离子体物理应自行解决。没错，如何管理这些流程还有待了解。
随着规模和温度的增加，工程问题呈非线性增长。等离子体的体积增加了一倍-线圈需要多四倍。我们需要超导体，超导体将被包裹在一种热水瓶中，并在内部提供-270度的温度。这些都是不平凡的工程挑战。
ITER：直径28米，高度30米。重量
-3万吨这就是ITER的样子。托卡马克装在一个称为低温恒温器的烧瓶中。这是冷却磁场线圈的超导体的外壳。
在托卡马克内部，必须创造一个比太阳高100倍的温度-这将是我们银河系中最热的温度。外面将是最冷的地方之一-4度开尔文。最热和最冷点之间的距离只有几米。
当技术跟不上理论时
在ITER发展的几乎所有领域，我们都面临着从未有人解决过的问题。
以设计为在真空中运行并用于太空目的的电子设备为例。但是，它没有辐射防护，而辐射防护在太空中几乎不存在。有用于核反应堆的抗辐射钢和电子设备，但它们不能在真空中工作（反应堆中根本没有这样的要求）。这意味着我们需要能够抵抗真空和辐射的新材料。
另一个例子是我使用的中子探测器。对于ITER，我们需要几百个探测器，每个探测器10个晶体。按照目前的速度，世界每年将增长约10-50个晶体，到2025年，将需要约2,000个晶体。现有安装无法满足此需求。几个西方实验室正在努力改进技术。
这样的例子可以无休止地给出。
国际热核实验堆简史
1985年，在国际关系解冻的高峰期，在日内瓦的峰会上首次公开讨论了ITER项目。以戈尔巴乔夫和里根为代表的美国和苏联同意在热核聚变领域的共同发展。 ITER的教父也许可以称为E.P.苏联科学家Velikhov向戈尔巴乔夫提出了这个想法。
里根和戈尔巴乔夫之间的会议是在1985年的日内瓦首脑会议上
达成的。一段时间以来，达成协议是在真空中进行的，但是在2000年代初，协议又被收回。
2006年11月，七个参与国在爱丽舍宫签署了一项协议，很明显，将执行国际热核实验堆项目。
该站点的建设工作始于2007年。到2010年，该地区的森林已经被砍伐，土地被夷为平地，并建造了几栋建筑物。我们开始为托卡马克综合体挖一个基坑。图为汽车和房屋。开挖坑的面积等于一个城市街区的大小。
在2011年，基金会被注入。
照片下面是活动抗震支架。它们是可更换的：如果其中一个发生故障，将有一个特殊的机器人爬到建筑物下面并进行更换。
在混凝土板的顶部，有一个特殊的钢筋抗震布置，它将与混凝土一起浇筑。
我在2013年参加了该项目。然后所有建筑进入地下，看起来像这样：
从2014年底开始，开始在地上建造隔离墙。在下面的照片中-装配大楼。系统的所有主要组件都将进入该系统进行初步组装，并将使用大型起重机将其转移到托卡马克大楼。
这是高压变电站和变压器。
2015年，大会大楼被包裹在外墙上。
这是2016年的照片：
下图清楚地显示了从2014年到2020年春季的进度。这些照片是从不同角度拍摄的，但是它们显示出了明显的改进。
这就是今天的项目外观：
厚度为1-1.5 m的托卡马克混凝土建筑已于2020年6月18日竣工（顶部的金属结构是临时的），
另加一些进展照片。第一枪是在托卡马克大楼内拍摄的。ITER托卡马克将位于此封面下。在远处，您可以看到装配大楼和正在移动的起重机。
这就是低温恒温器的基础。它已经安装在托卡马克将要组装的地方。
2020年初夏，ITER项目正式从施工阶段移至组装阶段。几乎每周我们都会在施工现场接收大型托卡马克元件：线圈，真空室的一部分。这是一个新的挑战。大型零件必须根据机芯的精度进行定制。例如，制造真空腔室（30米结构的重量略小于一公斤）的公差为1毫米。可能需要调整设备以适合不正确的组件尺寸。
同时，对设计进行不断完善，对图纸进行更改。
例如，电工发现应使用较粗的电线。反过来，这些将不适合管道，此外，您将不得不增加墙壁上的孔。这意味着向外的中子通量将增加。底线：必须开发更多抗辐射的电子产品。开个玩笑，该项目每两年重建一次。但是同时，您不能错过任何一个步骤：八年之内，您什么也做不了，只能在最后阶段启动。您需要从头到尾进行所有操作。
项目结构
正如我所说，该项目有七个参与者。根据基本协议，欧盟投资45％，其余国家分别投资9％。他们投资资金-在法国南部的一个中央组织中。以及设备（安装部件）和最聪明的人。
下面的条形图显示了成员国如何在各个领域进行投资。
第八个缩写JF显然掩盖了其他国家（哈萨克斯坦和澳大利亚）的份额。这种分布相当平坦。方向在国家之间没有划分，这是一个有意识的步骤，因此每个领域的知识都不会集中在一手。每个人都做一点。例如，俄罗斯负责真空室的上管。她还制作了几种诊断系统。
从这里可以看出，俄罗斯提供了一个环形场的线圈，分流器的一部分，几个热保护模块，一个真空室的一部分
，我想继续讲的重要一点是ITER中的流程组织。
该结构的中心是国际热核实验堆组织的总经理，在其上方的是国际热核实验堆理事会，该理事会包括参加该项目的所有合作伙伴的代表。参与国政府在图中以绿色显示。
董事会负责管理整个流程，并由董事会决定其决策。反过来，他将它们具体化为现实，管理多个部门。图中只有三个，实际上还有更多。
部门与参与国的地方机构（有时称为本地机构）进行通信，并且与实验室和行业进行交互-它们是托卡马克和支持系统的组成部分。
一些子系统是由ITER直接制造的，但大多数子系统仍贯穿整个链-从主管到特定国家的工厂。
从图中可以看到，没有线性项目管理。地方机构可以访问其政府，并且连锁店已关闭。这种非线性是ITER的重要特征：任何问题都涉及各方。
为ITER定义了四个主要阶段。
项目时间表。满负荷生产计划于2035年进行。之后，该系统将仅用于科学目的和测试技术
所谓的阶段方法配置应在2025年12月之前产生第一批等离子体。尽管冠状病毒和政治变化，这个日期是几年前确定的，并且没有变化。在这种配置下，ITER将仅运行六个月。我们称此阶段为“政治等离子”：在低功率时，它将帮助我们检查真空室，加热系统和磁体。结果，我们必须了解真空室正在工作并且正在产生等离子体。
此外，将开始薄系统的附加组装，包括等离子体加热系统。随着组装的进行，计划分别在2028年和2032年进行Prefusion功率运行1和2。
最大容量将在2035年12月达到。2035年之后，国际热核实验堆将继续为科学目的服务10年。计划在500 MW内进行500秒钟的5.5千次放电。
代替总数
在这个阶段，我们还没有谈论通过聚变发电的商业化。中子将不会被捕获，其能量也不会转化为电能。中子将离开装置，并被建筑物的混凝土墙困住。颗粒会渗入房间和牢房，因此在安装过程中不会有人在建筑物内。当然，考虑到设施的计划寿命（在设施的整个运行时间内总中子产率约为10 21）来计算经受恒定中子轰击的材料的机械性能。
从理论上讲，有几种方法可以很好地利用中子的动能。我已经提到过一个-加热水并打开涡轮。第二种方式是混合动力。一个小的托卡马克可以被铀238覆盖，中子可以用来支持铀的衰变反应。在这种情况下，铀的质量可以远小于临界质量，即铀的质量。在任何情况下都不会发生爆炸。如果在这种混合设置中出现问题，反应将简单地消失。铀之所以起作用，仅是因为它被发生热核反应时出现的中子轰击。尽管这样的电台会产生放射性废物，但它是安全的-它不会爆炸。
但是，最终的目标当然是没有铀和核废料的纯聚变。这是唯一正确的目标，但要走的路很长而且很困难。如果ITER履行其职能，到2035年至2045年，它将回答以下问题：是否有可能获得比消耗的能源多10倍的能源输出，我们将开始建造一个示范站。最好的情况是，到2050年，她将回答该项目是否会开始商业运作。但是，有必要朝这个方向移动。而且ITER非常重要。每个参与者贡献9％，但获得发展的100％。实际上，这对所有国家来说都是一个大型的教育项目，其成本远远超过任何商业发展。尽管如此，该项目仍按计划进行，并不令人失望。每年他们越来越信任他，这意味着进一步的工作应该越来越好。
国际热核实验堆的主要建设阶段已经完成。现在是组装反应堆的时候了（照片-2020年3月）
总的来说，这将是对我们孙辈的礼物。ITER组织的YouTube频道介绍了该项目的进展情况。