ITER: Κατασκευή ενός Μικρού Ήλιου στη Γη

ITER, Ο Δρόμος προς τη Πυρηνική Συγχώνευση

ITER, ένα ακρωνύμιο για International Thermonuclear Experimental Reactor, που επίσης σημαίνει «Ο Δρόμος» στα Λατινικά, είναι η μεγαλύτερη παγκόσμια προσπάθεια για την κατάκτηση της παραγωγής ενέργειας με βάση τη πυρηνική συγχώνευση.

Το ITER χρηματοδοτείται και λειτουργεί από επτά μέρη: την Ευρωπαϊκή Ένωση (27 χώρες), την Κίνα, την Ινδία, την Ιαπωνία, τη Ρωσία, τη Νότια Κορέα και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Διαθέτει επίσης συμφωνίες συνεργασίας με την Αυστραλία, τον Καναδά, το Καζακστάν και την Ταϊλάνδη.

Το Ηνωμένο Βασίλειο ήταν μέρος του προγράμματος όταν ήταν στην ΕΕ και διακόπηκε η συμμετοχή του το 2023.

Πηγή: SciTech Daily

Σ θεωρία, το ITER θα μπορούσε να είναι το πρωτότυπο και πειραματικό μοντέλο για την εμπορική συγχώνευση, ανοίγοντας στην ανθρωπότητα πρακτικά απεριόριστη φθηνή ενέργεια.

Αυτό θα έκανε εργασίες όπως η εξωτερίκευση των ερήμων, η καταπολέμηση των εκπομπών CO₂ ή η μετάβαση σε διαστρικό πολιτισμό σχεδόν τριβιακές.

Έτσι, ενώ μπορεί να πάρει κάποιο χρόνο να αποδώσει καρπούς, το δυναμικό είναι τόσο τεράστιο που ίσως να θυμηθεί ως ένα από τα πιο σημαντικά μεγαπρογράμματα που δημιουργήθηκαν ποτέ.

Πυρηνική Συγχώνευση

Απεριόριστη Ενέργεια

Nuclear fusion is different from classical nuclear energy (fission) in that it uses very light elements. Instead of splitting heavy atoms like uranium, it merges together very light atoms, generally hydrogen.

Αυτό θεωρητικά καθιστά τη πυρηνική συγχώνευση πηγή απεριόριστης ενέργειας, καθώς το υδρογόνο είναι η πιο κοινή μορφή ύλης στο Σύμπαν.

Αυτή η διαδικασία παράγει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, αποδίδοντας 3-10 φορές περισσότερη ενέργεια από τη πυρηνική διάσπαση και αποτελεί την πηγή ενέργειας που τροφοδοτεί τα αστέρια.

Πηγή: Nature

Ένα γραμμάριο μίγματος καυσίμου δετουρίου-τρίτιου στην διαδικασία πυρηνικής συγχώνευσης ισοδυναμεί με 11 τόνους άνθρακα. Η συνολική ενεργειακή κατανάλωση μιας ζωής μπορεί να καλυφθεί με λίγο περισσότερο από ένα μπουκάλι καυσίμου που κρατιέται στο χέρι.

Πλεονεκτήματα της Πυρηνικής Συγχώνευσης

Not only does nuclear fusion provide a lot of energy, but it has a few key benefits that no other power source can claim:

• Το δετούριο είναι τόσο άφθονο στα ωκεανούς και τα επιφανειακά ύδατα της Γης που είναι ουσιαστικά απεριόριστο και εξίσου προσβάσιμο σε κάθε χώρα.
• Η πυρηνική αντίδραση δεν παράγει ραδιενεργά απόβλητα, μόνο χημικά αβλαβές ήλιο.
  • Καμία CO₂ ή άλλα περιβαλλοντικά επιβλαβή προϊόντα δεν δημιουργούνται επίσης από την αντίδραση.
• Καθώς δεν παράγει εμπλουτισμένο ουράνιο, πλουτώνιο ή άλλα ραδιενεργά υλικά, η πυρηνική συγχώνευση δεν ενέχει κίνδυνο πυρηνικής εξάπλωσης (υλικό κατάλληλο για πυρηνικά όπλα).
  • Αυτό θα έκανε την υιοθέτηση της πυρηνικής συγχώνευσης μια ουδέτερη τεχνολογία χωρίς τους περιορισμούς που επιβάλλονται στην πυρηνική διάσπαση.
• Κανένας κίνδυνος λιωσίματος ή ανεξέλεγκτης αλυσιδωτής αντίδρασης. Η αντίδραση είναι στην πραγματικότητα τόσο δύσκολη να διατηρηθεί που οποιαδήποτε αποτυχία θα οδηγούσε αμέσως στη διακοπή του πλάσματος και στην διακοπή της πυρηνικής αντίδρασης και παραγωγής ενέργειας.
• Αν είναι αυτοσυντηρούμενη και ισχυρά ενεργειακά θετική, η πυρηνική συγχώνευση αναμένεται να είναι τόσο φθηνή ή φθηνότερη στη λειτουργία από τα πυρηνικά εργοστάσια που βασίζονται στη διάσπαση.
  • Η περαιτέρω τεχνολογική πρόοδος και η οικονομία κλίμακας μέσω της επαναλαμβανόμενης κατασκευής του ίδιου σχεδίου αντιδραστήρα θα πρέπει να μειώσει το κόστος με την πάροδο του χρόνου.

Η Συγχώνευση Είναι Δύσκολη

Considering all this, why have we not powered human civilization with nuclear fusion yet?

Λοιπόν, το θέμα είναι ότι η πυρηνική συγχώνευση είναι δύσκολο να επιτευχθεί. Οι πυρήνες των ατόμων υδρογόνου έχουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο και φυσικά απωθούνται μεταξύ τους. Έτσι μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να τα φέρουμε αρκετά κοντά για συγχώνευση, όπως δύο υπερ-ισχυροί μαγνήτες που απωθούνται.

Στη φύση, μόνο η καταστροφική βαρύτητα ενός ολόκληρου αστέρα είναι αρκετή για να φέρει τα άτομα υδρογόνου τόσο κοντά ώστε να ενεργοποιηθεί η συγχώνευση. Ακόμη και κάτι τόσο μεγάλο όσο ο Δίας είναι ακόμη «πολύ μικρό» για να το πετύχει. Έτσι, η σύγκλιση των ατόμων υδρογόνου στη Γη είναι εξαιρετικά δύσκολη.

Ωστόσο, έχει γίνει, και επιτεύχθηκε για πρώτη φορά από μια μηχανή συγχώνευσης τη δεκαετία του 1950. Αυτές οι μηχανές απέδειξαν τη δυνατότητα δημιουργίας συγχώνευσης αλλά δεν επέστρεψαν αρκετή ενέργεια σε σχέση με την ενέργεια που χρησιμοποιήθηκε για την ενεργοποίησή της.

(TΤεχνικά, η πυρηνική συγχώνευση μεγάλης κλίμακας επιτεύχθηκε ήδη το 1952 με την πρώτη θερμοπυρηνική βόμβα, αλλά αυτή είναι δύσκολη να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ασφαλούς πηγής ενέργειας)

Ένα άλλο πρόβλημα με τη συγχώνευση είναι ότι το πλάσμα της πυρηνικής συγχώνευσης είναι εξαιρετικά θερμό, συνήθως πάνω από 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Έτσι πρέπει να περιέχεται τέλεια, αλλιώς θα λιώσει ο αντιδραστήρας.

Λόγω όλων αυτών των προβλημάτων που πρέπει να λυθούν, η πυρηνική συγχώνευση είναι ένα αργά εξελισσόμενο πεδίο, με το σαρκαστικό σχόλιο, “Η συγχώνευση είναι πάντα 30 χρόνια στο μέλλον“.

Κάνοντας τη Συγχώνευση να Συμβεί στη Γη

Scientists have managed nuclear fusion in experimental reactors for many years. Two main designs are used:

• Ένα βασίζεται σε λέιζερ, concentrating a massive amount of power to hit a tiny hydrogen pellet and trigger fusion.
• The other uses a donut-shaped machine called tokamaks and ultra-powerful magnets to contain and compress the hydrogen into a self-igniting plasma.

The issue with fusion is that creating the right conditions with tens of millions of degrees is very energy-consuming. So even if we can make it happen, the fusion reaction tends to not produce enough energy back and turns out to be a net consumer of energy.

Plasmas are also very unstable, so it is hard to maintain the fusion reaction for longer than a few seconds.

The first tokamak was built in 1958, and they are considered the most likely designs to be able to sustain fusion for several minutes, or ideally hours, and produce positive energy returns.

Πηγή: DOE

Το ITER είναι σχεδίαση τοκαμάκ και θα είναι ο μεγαλύτερος ποτέ δημιουργημένος πυρηνικός αντιδραστήρας συγχώνευσης, με όγκο πλάσματος 10 φορές μεγαλύτερο από τον μεγαλύτερο μέχρι τώρα (JT-60SA στην Ιαπωνία) στα 830 κυβικά μέτρα (29.000 κυβικά πόδια).

Πηγή: ITER

Χρονοδιάγραμμα ITER

ITER is the heir to the International Tokamak Reactor, or INTOR, a collaboration between the West & Japan and the Soviet Union started in 1978.

Η συνεργασία θα συνεχιστεί ακόμη και στην κορυφή του Ψυχρού Πολέμου. Ο πρώτος στόχος αποφασίστηκε το 1992, και οι πρώτες Δραστηριότητες Μηχανικού Σχεδίου (EDA) ολοκληρώθηκαν το 1998, με ένα σχέδιο που επικυρώθηκε το 2001.

Μια έντονη συζήτηση για το τελικό σχέδιο, ποια χώρα θα χρηματοδοτήσει τι, καθώς και πού θα χτιστεί ο αντιδραστήρας, καθυστέρησε το έργο για κάποιο χρόνο, μέχρι να επιλεγεί η τοποθεσία του Καδαράσ στην Γαλλία το 2005.

Πηγή: Wikipedia

Σε αυτό το διάστημα, η Κίνα και η Νότια Κορέα εντάχθηκαν στο έργο το 2003 και η Ινδία το 2005. Η αρχική κατασκευή ξεκίνησε το 2007.

Η συναρμολόγηση της μηχανής ξεκίνησε το 2020, με την εγκατάσταση της βάσης κρυοστάτη 1.250 τόνων τον Μάιο 2020. Τα πολιτικά έργα (κατασκευή) του χώρου ολοκληρώθηκαν το 2023.

Cryostat closure should be done by 2033. Full magnetic energy should be achieved by 2036, and the start of the deuterium-tritium operation phase in 2039.

Προϋπολογισμός ITER

The initial budget of ITER was envisioned as “only” €6B in construction costs, but as it often happens for scientific megaprojects, it skyrocketed to a current estimate of $25.2 billion, while other estimated by the US Department of Energy put it more at $65B, something ITER has vehemently denied.

The project has so far generated 34,000 “job-years” and will generate another 74,000 job-years before completion of the construction.

Στόχοι ITER

The larger the plasma chamber, the more likely it is to be stable enough to produce positive energy returns.

Αλλά φυσικά, όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο πιο ακριβή και πολύπλοκη γίνεται.

Ο δηλωμένος στόχος για το ITER είναι να επιτύχει παραγωγή θερμικής ενέργειας 10 φορές μεγαλύτερη από την ενσωματωμένη θερμική ισχύ. Η παλμός συγχώνευσης θα πρέπει να διαρκέσει έως 8 λεπτά.

Συνολικά, αυτό θα σήμαινε τη δημιουργία 500 MW θερμότητας σε μόλις 400–6000 δευτερόλεπτα. Θα πρέπει να φτάσει έως 150 εκατομμύρια °C, ή 10 φορές τη θερμοκρασία στον πυρήνα του Ήλιου.

Για να επιτευχθούν αυτά τα αποτελέσματα, το ITER θα πρέπει να επιτύχει το λεγόμενο «πυρωμένο πλάσμα», όπου περισσότερο από το ήμισυ της ενέργειας που λαμβάνει το πλάσμα προέρχεται από αντιδράσεις συγχώνευσης (αντί από εξωτερικά ερεθίσματα). Το πυρωμένο πλάσμα είναι απαραίτητο για οποιοδήποτε ενεργειακά θετικό, εμπορικό εργοστάσιο που χρησιμοποιεί πυρηνική συγχώνευση.

Η παραγωγή ενέργειας του ITER δεν θα μετατραπεί σε ηλεκτρισμό, καθώς αυτός είναι ένας τεχνολογικός επιδείξας, και η μετατροπή αυτής της θερμότητας σε ενέργεια είναι μια γνωστή τεχνολογία που ήδη χρησιμοποιείται συστηματικά σε εμπορικά πυρηνικά εργοστάσια διάσπασης που χρησιμοποιούν ουράνιο.

Another goal of the reactor is to test in real-life conditions key technologies that are still unproven, like superconducting magnets, remote handling (maintenance by robot), neutron shielding, heat conversion, and the concept of tritium breeding (see below).

Αντιδραστήρες DEMO Συγχώνευσης

ITER would be followed by the DEMO-class of reactors, reusing ITER design (with potential improvement from experimental feedback), and these would form the 1^st generation of commercial nuclear fusion power plants.

DEMO reactors are expected to produce 300 Megawatts to 500 Megawatts of net electricity to be delivered to the grid.

Among the major demo projects are:

• China: The Chinese Fusion Engineering Testing Reactor (CFETR) design was done in 2020, and should be built by 2040.
• Europe: The DEMO power plant should be built by 2050. A precursor to this project will be the building of a plasma-based volumetric neutron source (VNS) facility for testing the technologies considered for DEMO.
• Japan: JA-DEMO to be completed in the 2040s-2050s will aim for stable power generation beyond several hundreds of MW and fusion output of 1500 MW or higher.
• South Korea: K-DEMO will be built after 2050 while being preceded by a Virtual DEMO (V-DEMO) based on supercomputing, artificial intelligence, and digital twin technology.
• Russia: DEMO-RF should be built by 2055. A fusion-fission hybrid facility is also being considered.
• India: the country will focus first on a fusion pilot plant of 200–300 MW before building a DEMO reactor.
• USA: The US’s DoE is still considering the next steps, including partnering with private companies for the steps coming after ITER.

Παραγωγή Τριτίου

As a project at the very cutting edge of science, there are a lot of concepts that need to be demonstrated experimentally.

Μία κρίσιμη είναι η παραγωγή τριτίου, καθώς ο σχεδιασμός του ITER βασίζεται στη συγχώνευση δετουρίου και τριτίου (και τα δύο ισότοπα του υδρογόνου).

Πηγή: Climate & Hope

Το δετούριο‑δετούριο θα ήταν ιδανικό, καθώς το δετούριο είναι ένα φυσικά υπάρχον στοιχείο, αλλά αυτό θα έκανε τη τεχνητή συγχώνευση πολύ πιο δύσκολη λόγω ακόμη υψηλότερων απαιτούμενων θερμοκρασιών.

Το πρόβλημα είναι ότι το τρίτιο δεν υπάρχει στη φύση και πρέπει να παραχθεί τεχνητά σε πυρηνικά εργοστάσια (20 kg ετησίως παγκοσμίως). Όμως το ITER θα καταναλώσει όλη την παραγωγή τριτίου της Γης.

Σε κάθε περίπτωση, οι μελλοντικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες συγχώνευσης δεν θα έχουν αρκετό τρίτιο για παραγωγή ενέργειας, καθώς κάθε αντιδραστήρας θα απαιτεί 100‑200 kg ετησίως.

Έτσι, το τρίτιο πρέπει να παραχθεί απευθείας μέσα στον αντιδραστήρα. Αυτό είναι το έργο του «στρώματος παραγωγής τριτίου».

Αυτή η κάλυψη 600 m² πάνω στους τοίχους του αντιδραστήρα, που περιέχει λίθιο, έχει το διπλό καθήκον να δημιουργεί ενέργεια όταν χτυπηθεί από νετρόνια (η βάση για τη μελλοντική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας) ενώ παράλληλα παράγει τρίτιο μέσω της διάσπασης των ατόμων του λιθίου.

Πηγή: C&EN

Πρέπει να σημειωθεί ότι ενδιάμεσα στοιχεία όπως το βηρύλλιο εξασφαλίζουν ότι τουλάχιστον 1 τρίτιο «αναπαράγεται» για κάθε αντίδραση πυρηνικής συγχώνευσης, πολλαπλασιάζοντας τον αριθμό των νετρονίων.

Συνολικά, 6 διαφορετικά συστήματα παραγωγής τριτίου θα δοκιμαστούν στο ITER για να προσδιοριστεί η βέλτιστη δομή υλικού, τα συστήματα ψύξης, το υγρό έναντι του στερεού λιθίου, η μέθοδος εξαγωγής λιθίου κ.λπ.

Σχεδίαση ITER

Το Κτίριο Ξαυτά

While the interesting part regarding ITER’s engineering is in the advanced tech used for nuclear fusion, the building itself is massive and harbors not only high-tech elements but also all the support structures, energy supply, cooling systems, maintenance systems, etc.

Πηγή: ITER

Ο ίδιος ο αντιδραστήρας ITER είναι επίσης τεράστιος, ζυγίζει 23.000 τόνους, 3 φορές το βάρος του Πύργου του Άιφελ. Συνολικά, 400.000 τόνους θα στηριχθούν στο κατώτερο βάθος του Συμπλέγματος Τοκαμάκ, ή περισσότερο από το βάρος του Κτιρίου Empire State της Νέας Υόρκης.

Πηγή: ITER

Για να διαχειριστούν όλα αυτά, χρησιμοποιήθηκαν περίπου 120.000 κυβικά μέτρα σκυροδέματος κατά τη φάση των πολιτικών εργασιών της κατασκευής του Συμπλέγματος Τοκαμάκ, με ένα μεγάλο εργοστάσιο σκυροδέματος να χτίζεται επί τόπου για την παραγωγή μιας ευρείας γκάμας τύπων σκυροδέματος, καθένας προσαρμοσμένος στις συγκεκριμένες απαιτήσεις των κτιρίων και των δομών του ITER.

Το κτίριο επίσης κατασκευάζεται με σεισμοπροστατευτικούς απομονωτές και προστατεύεται από δομή πυρηνικής κατάταξης ενισχυμένου σκυροδέματος.

Λογιστική & Υποδομές

Another “basic” issue with the ITER project was the logistics of bringing all the large components built in specialized research institutes worldwide, on-site.

Για παράδειγμα, κάθε μία από τις 18 σπείρες πεδίου τύπου D του Τοκαμάκ του ITER ζυγίζει 310 τόνους, και τα βαρύτερα στοιχεία, συμπεριλαμβανομένου του οχήματος μεταφοράς, ζυγίζουν έως 900 τόνους. Συνεπώς, πρέπει να μεταφερθούν με πλοίο αντί με αεροπλάνο.

Στη συνέχεια, μεταφέρονται σε έναν ειδικά τροποποιημένο δρόμο 104 km (64 μίλια), καθώς ορισμένα στοιχεία θα έχουν μήκος έως 33 μέτρα (108 πόδια).

Η εγκατάσταση απαιτούσε επίσης επέκταση γραμμής 400 kV και εκτεταμένες εγκαταστάσεις για γραφεία, εργαστήρια, αποθήκευση εξοπλισμού και άνεση.

Πηγή: ITER

Η ίδια η κατασκευή, συχνά απαιτώντας προσαρμογή σε στενούς χώρους, οδήγησε στο σχεδιασμό περισσότερων από 100 προσαρμοσμένων συσκευών για τη συναρμολόγηση των μηχανημάτων και των κτιρίων του ITER.

Πηγή: ITER

Η συναρμολόγηση του τοκαμάκ, with its 1,000,000+ components, was a project in itself.

Υπεραγωγικοί Μαγνήτες

In the core of ITER machinery, the magnets will use superconducting strands of niobium-tin (Nb3Sn). In total, 100,000 kilometers (62,000 miles) of these strands will be needed, enough to wrap around Earth’s equator twice.

Πηγή: ITER

Αυτό απαιτούσε μια τεράστια βιομηχανική παραγωγική προσπάθεια. Πριν την κλιμάκωση του ITER, η παγκόσμια παραγωγή ινών νιόβιου‑κασσίου ήταν μόλις 15 τόνους/έτος. Η Κίνα, η Ευρώπη, η Ιαπωνία, η Κορέα, η Ρωσία και οι ΗΠΑ την αυξήσαν σε 150 τόνους/έτος.

Κρυοσταθμοί & Πύργος Ψύξης

Superconducting magnets are only superconducting (no electric resistance) when ultracold. It is so cold that it is a mere 4.5 Celsius degrees above absolute zero.

Συνεπώς, απαιτούν τον κρυοστάσιο, μια εγκατάσταση μεγέθους ποδοσφαίρου που αποθηκεύει ήλιο και άζωτο για να τα ψύξει και να μετατρέψει αυτά τα αέρια σε υπερβολικά ψυχρά υγρά.

Πηγή: ITER

Τα 50 τόνους/ημέρα υγρού αζώτου χρησιμοποιούνται ως προψύκτης για το εργοστάσιο υγρού ήλιου, και το υγρό ήλιο χρησιμοποιείται για την ψύξη των μαγνητών. Σχεδόν 25 τόνους υγρού ήλιου στους -269 °C θα κυκλοφορούν στην εγκατάσταση του ITER κατά τη λειτουργία.

Ενώ ο μαγνήτης χρειάζεται υπερβολική ψύξη, η πυρηνική συγχώνευση θα παράγει μια μέγιστη θερμική φόρτωση 1150 MW, η οποία πρέπει να απομακρυνθεί. Αυτό είναι το έργο του πύργου ψύξης.

Χημικά εισάγονται για να ελαχιστοποιηθεί η διάβρωση των σωληνώσεων και να διατηρηθεί το επιθυμητό pH του νερού. Ένα σύστημα παραγωγής όζοντος διατηρεί συνεχή έγχυση όζοντος, το οποίο καταναλώνει οργανικό υλικό και αποτρέπει την ανάπτυξη βακτηρίων.

Κτίρια Μετατροπής Ενέργειας Μαγνητών

Another system supporting the magnets, the power conversion turns the grid AC power into DC usable by the superconducting magnets.

Λόγω της τεράστιας έντασης του ρεύματος που χρησιμοποιείται, τα παραδοσιακά καλώδια δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά της ενέργειας στους μαγνήτες.

Αντί αυτού, χρησιμοποιούνται αλουμινένιες μπάρες με περιβλήμα από χάλυβα, που ονομάζονται «busbars» — ψυγμένες ενεργά μέσω συνεχούς ροής υπερπίεστου νερού. Είναι ουσιαστικά καλώδια τροφοδοσίας, αλλά πιο παχιά από τις σιδηροδρομικές ράγες.

Πηγή: ITER

Συνολικά, 5 km (3,1 μίλια) διπολικών busbars θα διασχίζουν το σύμπλεγμα ITER.

Εισαγωγείς Ουδέτερης Δέσμης

Once the power supply and magnets are functioning, ITER needs to inject the deuterium that will power the fusion reaction.

Η δέσμη θα χρησιμοποιήσει ηλεκτρικό ρεύμα για να επιταχύνει τα σωματίδια σε πολύ υψηλές ταχύτητες, και θα εισάγει 33 MW από τα απαιτούμενα 50 MW εισροής ενέργειας. Στη συνέχεια τα «ουδετεροποιεί», επιτρέποντάς τους να περάσουν το μαγνητικό πεδίο και να μεταφέρουν την ενέργειά τους στο πλάσμα.

Αυτό θα χρησιμοποιήσει πάνω από 1 MW συνεχούς ρεύματος, ένα εξαιρετικά μεγάλο ποσό. Θα απαιτήσει προσαρμοσμένα εξαρτήματα, υπερβαίνοντας την τρέχουσα τεχνολογία, και θα χωρέσει σε κτίριο 11.700 m² (126.000 τετραγωνικά πόδια).

Πηγή: ITER

Καθώς αυτό είναι ένα βασικό στοιχείο, the Neutral Beam Test Facility (NBTF) was built in Padua, Italy. This should help clear a few technical obstacles, for example, that the particle beam used in ITER is much thicker than in previous nuclear fusion experiences.

Neutralizing the ions at this scale might also be difficult, and the real-life results will need to be tested before being installed in ITER.

Πηγή: ITER

Θέρμανση Κυκλοτρονίου

The other sources of heat to target the plasma are the electron and ion cyclotron heating systems. This includes the Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) and the Ion Cyclotron Resonance Heating (ICRH).

They rely on high-frequency electromagnetic waves to create a resonance effect on the particles in the plasma, transmitting remotely power/heat into the core of the reactor. ECHR makes the electrons resonate with a 170 GHz frequency, while ICRH makes the ions in the plasma resonate with a 40-55 GHz frequency.

Ανταγωνιστές του ITER

ITER is such a massive project that many of the scientists involved in its early design will probably not be around to see it operating.

This ambition can also be a limitation of the project. It is mostly based on fusion technology design from the late 1990s and early 2000s, lacking in assumption and technology choice.

This is because, since then, new fusion concepts have emerged, and several private companies are exploring ways to make nuclear fusion a reality with much less massive machinery.

This has even led some critics of ITER to call it “outdated”. The international nature of ITER, leading to some amount of bureaucracy and politics interfering with the science has also been described as a problem.

We discussed many of these fusion companies (mostly privately listed), like General Fusion (GFUZ ), TAE Technologies, Helion, and Lockheed Martin Corporation (LMT )  in our article “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon“, which also discusses alternatives to tokamak designs to achieve nuclear fusion.

Among the potential technological breakthroughs from these companies that are not going to be present in ITER’s design can be mentioned:

• Magnetized Target Fusion (MTF) technology.
• 3D printing of reactor components.
• Plasma gun, maybe more for fusion space propulsion than for energy production.
• Direct-electricity-capture from the plasma, using Faraday’s Law to induce a current instead of heat collection.

In Δεκέμβριος 2024, Commonwealth Fusion Systems (CFS) announced it is aiming for its ARC reactor to generate 400 MW for the Virginian power grid, which is enough to power 150,000 homes, with a start in the early 2030s (CFS uses high-temperature superconducting magnets).

Other technologies might help as well. A major one is AI, which might be used to detect and correct plasma instability in real-time.

Another one is potential room-temperature superconducting materials, which are now closer than ever. This would radically change the energy consumption of a reactor fusion, by making its magnets so much more energy efficient and reliable.

Συμπέρασμα

ITER might be one of the most important endeavors ever taken by mankind, on the same scale or maybe even more important than the Apollo program.

And while it is possible that private initiatives achieve commercial fusion before ITER, this is far from certain either.

If nuclear fusion is a technology requiring mega-reactors to be energy-positive and economically viable, it is likely that only an international effort like ITER can achieve it.

Even if it fails, it will have developed the industrial base and trained the scientific talent required for finding the key to nuclear fusion through other design choices. So in any case, it can hardly be considered a waste; especially when considering the impact nuclear fusion energy would have on mankind.

In the future, we can expect that ITER-like design will be improved with new technologies, including AI, room-temperature superconductors, direct electricity capture, etc.

It will, however, take more than another decade before ITER is running its experiments, making it one the most anticipated and most awaited science projects of this millennium.

Εταιρεία Σχετική με το ITER

Mitsubishi Heavy Industry

Πολλά από τα εξαρτήματα που κατασκευάστηκαν για το ITER είναι μοναδικά, σχεδιασμένα από ερευνητικά ινστιτούτα πυρηνικής ενέργειας. Αλλά πολλά άλλα κατασκευάστηκαν από ηγέτες της βιομηχανίας στις συμμετέχουσες χώρες, φέρνοντας την τεχνογνωσία τους στην κατασκευή και τη μηχανική στο επιστημονικό μεγαπρόγραμμα.

Ένας σημαντικός συνεισφέρων είναι η Mitsubishi Heavy Industry.

Η εταιρεία έχει ιστορία που ξεκινά από το 1884, στην ναυπηγική. Αργότερα άρχισε να κατασκευάζει βαριά μηχανήματα, αεροπλάνα, τρένα και αυτοκίνητα.

Το 1995, η Mitsubishi Atomic Power Industry ενσωματώθηκε στο συγκρότημα, και έχει κατασκευάσει 24 αντιδραστήρες στην Ιαπωνία.

Σήμερα, η κύρια πηγή εσόδων της εταιρείας είναι τα ενεργειακά συστήματα (πυρηνικά, αερίου και ατμού) και η λογιστική & θερμική (HVAC, κινητήρες, τουρμπίδες). Είναι η #1 παγκοσμίως σε τουρμπίνες αερίου και συστήματα σύλληψης CO₂. Απασχολεί πάνω από 77.000 άτομα, σε 300 τοποθεσίες παγκοσμίως.

Πηγή: Mitsubishi Heavy Industry

Η Mitsubishi συνέβαλε σε πολλά βασικά εξαρτήματα του ITER, συμπεριλαμβανομένης της σπείρας πεδίου τοκαμάκ (μαγνήτης), του divertor (συσσώρευση πλάσματος) και των εξαρτημάτων υψηλής ροής θερμότητας, συμπεριλαμβανομένου του συστήματος θέρμανσης πλάσματος.

[caption id=”attachment