ITER

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

ITER
ITER Logo NoonYellow.svg
Perustettu 24. lokakuuta 2007
Päämaja Cadarache, Ranska
Aiheesta muualla
Sivusto
Cadarachen (ITERin sijoituspaikka) sijainti Ranskassa.

ITER on kansainvälinen tokamak-tyyppinen fuusiovoiman koelaitos, jolla pyritään osoittamaan, että fuusiovoimalaitoksen rakentaminen on teknisesti mahdollista. Erityisesti tavoitteena on saada laitos tuottamaan enemmän energiaa kuin sen oma käyttö on. Reaktori perustuu aikaisemmista koereaktoreista (kuten TFTR, JET, JT-60 ja T-15) saatuihin tutkimustuloksiin, ja tulee olemaan näitä huomattavasti suurempi. Projektin hinnaksi arvioidaan 10 miljardia euroa, ja se kestää 30 vuotta. Rakennusvaihe kestää kymmenen vuotta, ja käyttöaikaa on 20 vuotta. ITER rakennetaan eteläiseen Ranskaan Cadaracheen lähelle Marseillea. Vuonna 2020 rakentaminen on edennyt itse reaktorin kokoamiseen. Rakentamisvaiheen arvioidaan valmistuvan vuoden 2025 loppuun mennessä.

Nimi ITER tuli alun perin sanoista International Thermonuclear Experimental Reactor (kansainvälinen kokeellinen lämpöydinkoereaktori), mutta tämä merkitys ei ole enää voimassa. Latinankielinen sana 'iter' tarkoittaa 'polkua'.

Tavoitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

ITERillä on useita tarkoin määriteltyjä tavoitteita, jotka tähtäävät käytännöllisen fuusiovoimalan kehittämiseen:

  • tuottaa fuusion avulla hetkellisesti kymmenen kertaa enemmän energiaa kuin mitä järjestelmään syötetään (Q-arvo on tällöin 10).
  • sytyttää 'palava' (itseään ylläpitävä) plasma.
  • tuottaa vakaata plasmaa, jonka Q-arvo on suurempi kuin 5.
  • pitää fuusiopulssia yllä kahdeksan minuutin ajan.
  • kehittää fuusiovoimalassa tarvittavia prosesseja ja teknologiaa, joihin kuuluvat mm. venäläisessä T-15 -reaktorissa käytetyt suprajohtavat magneetit sekä robottikäyttöiset etähallintajärjestelmät, joita tullaan kehittämään Suomessa.

Rakenne[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Reaktori[1][muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tokamak-reaktori on sylinterin muotoinen; 30 metriä korkeudeltaan ja halkaisijaltaan. Komponetteja siinä on kaikkiaan yli miljoona ja yksittäisiä osia 10 miljoonaa.

Plasmaa koossa pitävä magneettikenttä synnytetään suprajohtavilla sähkömagneeteilla. Poloidimagneetit muodostavat pallon, jonka sisäpuolelle tulee toroidimagneetit. Keskellä pystyssä on sauvamainen keskusmagneetti.

Poloidaalisen kentän synnyttäviä magneetteja on 6 kappaletta. Rakenteeltaan poloidimagneetit ovat vaakatasoon asennettavia rinkuloita tai keloja. Niitä on kolmea eri kokoa ja paikalleen asennettuna ne muodostavat pallon muodon. Pienimmät ovat halkaisijaltaan 10 metriä. Toinen niistä valmistetaan Kiinassa ja toinen Venäjällä. Isommat 17 metrin ja 24 metrin magneetit valmistetaan laitoksen alueella. Ne on liian suuret kauempaa paikalle tuotavaksi. Magneettien massat ovat väliltä 200 tonnia ja 400 tonnia. Magneetit valmistetaan kaapelista, jonka rakenne on kolmiosainen. Keskellä on tyhjä putki, jossa virtaa jäähdytysaine nestehelium. Sen ympärillä on titaani-neobium -suprajohde, jota kylmäaine jäähdyttää -270 asteeseen. Mekaanisesti haurasta keraamista johdinta tukee neliskanttinen ruostumattomasta teräksestä tehty kuori. Virta on korkeimmillaan 70 000 ampeeria.

Toroidaalisen kentän synnyttäväviä magneetteja on 18 kappaletta. Ne ovat D-kirjaimen muotoisia; 20*9 metriä. Ne sijaitsevat poloidimagneettien sisäpuolella mutta ympäröivät toroidin muotoista tyhjiöastiaa. Puolet toroidimagneeteista on valmistettu Euroopassa ja puolet japanissa.

Keskellä pystyssä oleva keskusmagneetti on valmistettu Yhdysvalloissa. Magneettihäkin synnyttämisen lisäksi tämä voimakkain magneetti kihartaa magneettikentän spiraalille.

Tyhjiöastia (Etelä-Korea) koostuu yhdeksästä 40 astetta torus-ympyrästä käsittävästä lohkosta. Siinä vety kaasu kuumennetaan 150 miljoonan asteen lämpötilaiseksi plasmaksi ja fuusioidaan.

Reaktorin ulkopinta on rosterinen kryostaatti. Intiassa valmistettu astia kootaan paikan päällä neljäksi osaksi ja siirretään paikalleen. Suurimmat näistä ovat 10 m korkeudeltaan, 10 m halkaisijaltaan ja 400 tonnia massaltaan.

Reaktori on puolestaan paksun betoni sylinterin sisässä, jonka seinämä pysäyttää karkaavat neutronit.

Rektorihalli on 100 m pitkä, 60 m korkea ja 60 m leveä. Se on 19 asteinen 0,1 asteen tarkkuudella, jotta lämpölaajenemiset eivät haittaa osien tarkkaa asentamista. Reaktorihallissa on kaksi 750 tonnin siltanosturia.

Toiminta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tyhjiöastiassa polttoainetta on 2 grammaa. Siitä 1 prosentti fuusioituu heliumiksi. Reaktion omakäyttöteho on 50 MW ja vapautuvan tehon tavoite on 500 MW.

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suunnitteluvaihe[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

ITER-hanke alkoi 1985 eurooppalaisen EURATOM:in, Yhdysvaltojen ja sittemmin myös Neuvostoliiton ja Japanin välisestä yhteistyöstä. Konseptisuunnittelu alkoi 1988 ja sitä seurasi insinöörisuunnittelun vaihe 1991. Tänä aikana tehty fuusion fysiikan tutkimus ja fuusiotekniikan kehitystyö loi perustan plasman käyttäytymisen ennusteille ITERin mittakaavassa. ITER:ssä tarvittavia korkean-tekniikan osia kuten suprajohtavat kelat, korkeaa lämpötilaa kestävät materiaalit ja kaukokäyttöiset käsittelyjärjestelmät kehitettiin.

Insinöörisuunnitteluvaiheen valmistuttua 2001 lopullinen suunnitelma saatiin osapuolten arvioitavaksi. Tämä johti rakennuspäätökseen ja paikanvalintaa käsitteleviin neuvotteluihin.

Tänä aikana hankkeen osallistujakaarti oli muuttunut ja laajentunut. Venäjä korvasi romahtaneen Neuvostoliiton. Yhdysvallat vetäytyi hankkeesta 1999, mutta liittyi takaisin 2003. Kanada osallistui hankkeeseen 2001-2003 tavoitellakseen sijoituspaikkaa. Kiina ja Etelä-Korea liittyivät mukaan 2003. Uusin jäsen on joulukuussa 2005 liittynyt Intia.

Osapuolet sopivat 28. kesäkuuta 2005 Moskovassa käydyssä viimeisessä neuvottelussa, että sijoituspaikaksi valitaan eteläisen Ranskan Cadarache. Sijoituspaikan valinta saatiin aikaan kompromissilla EU:n ja toisen mukana olleen vaihtoehdon eli Japanin kanssa. Kompromissiin kuuluu, että 20 prosenttia tutkimushenkilökunnasta tulee olla japanilaisia sekä että hankkeen hallinnonjohto ja toinen tutkimuskeskus sijoitetaan Japaniin. Lisäksi EU on lupautunut kustantamaan noin puolet tästä keskuksesta.

Rakennusvaihe ja kustannusarvio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Reaktorin rakennustyömaa vuonna 2018.

Alkuperäisessä vuoden 2006 kustannusarviossa hankkeen hinnaksi piti tulla 10 miljardia euroa ja rakennusvaiheen valmistua vuonna 2018. Voimalan pilottihanke-luontoisuudesta johtuen kustannukset ja aikataulu kuitenkin ovat venyneet.[2] Vuonna 2009 tehdyn väliarvion perusteella projektin budjetti oli kasvanut 15 miljardiin euroon, ja sen valmistumispäivää oli lykätty vuoteen 2020.[3] Joulukuussa 2018 hankkeen hinnaksi arvioitiin 22 miljardia euroa ja valmistumisvuodeksi vuosi 2025.[2]

Heinäkuussa 2020 esitetyn aikataulun mukaan reaktori rakennetaan vaiheittain. Ensimmäinen plasma reaktoriassa on vuonna 2025. Myöhemmin lisättäviin osiin kuuluu osia kuten lisälämmitys, polttoaineen kierrätys ja tuotetun lämmön talteenotto. Varsinainen tutkimustoiminta alkaa reaktorin lisärakentamisen jälkeen 2029. Täysi teho on tavoite saavuttaa 2035.

Vuonna 2012 rakennuspaikalla valettiin ensimmäiset betonit.[4] Toukokuussa 2020 asennettiin reaktorin ensimmäinen osa paikalleen; eli kryostaatin pohjaosa.

ITER:in jälkeen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

ITER:in rinnalla toimii materiaalien tutkimuslaitos International Fusion Materials Irradiation Facility eli IFMIF, jossa kehitetään mahdollisissa tulevaisuuden fuusiovoimalaitoksissa käytettäviä äärimmäisiä olosuhteita kestäviä materiaaleja. ITER:in ja IFMIF:in tuloksia on tarkoitus käyttää demonstraatiofuusiovoimalaitoksen eli DEMOn kehittämisessä. Tämän on tarkoitus olla ensimmäinen fuusiosähköä tuottava laitos. Nopeimman etenemisarvion mukaan, mikäli ITER todistaa tokamak-tyyppisen rakenteen hyvän soveltuvuuden sähköntuotantoon, ensimmäinen varsinainen voimalaitos liitettäisiin verkkoon 2050. Tämä saattaisi johtaa merkittävään fuusion käyttöön energiantuotannossa vuosisadan loppuun mennessä.

Osallistujat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

ITERissä on osallisena seitsemän valtiota ja ylikansallista julkisyhteisöä eli Euroopan unioni (muodollisesti Euratom), Yhdysvallat, Japani, Venäjä, Intia, Kiina ja Etelä-Korea.

Rahoitus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuoden 2018 hankkeen 22 miljardin euron hinta-arviosta 45 prosenttia rahoittaa EU. Loput 55 prosenttia jakaantuu tasan kuuden muun osallistujamaan USA:n, Venäjän, Kiinan, Intian, Etelä-Korean ja Japanin kesken, jolloin yhden maan osuudeksi tulee noin 9 prosenttia.[2]

Rahan sijaan valtaosa rahoituksesta tapahtuu suoraan osien valmistamisena kunkin jäsenen toimesta.

Suomen rahoitusosuus EU:n jäsenmaksujen kautta ja mukaisesti on noin 140 miljoonaa euroa eli noin 0,6 prosenttia hankkeen kokonaishinnasta.[2]

Laaja eri maiden rahoittajapohja tarkoittaa, että hankkeeseen osallistuu noin puolet maailman (teoreettisista) veronmaksajista.[2]

Hallinto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

ITER projektia hallinnoi neuvosto, jossa on edustaja kustakin seitsemästä jäsentahosta. Komissio tekee merkittävimmät päätökset ja nimittää mm. hankkeen johtajan (Director Genenral), joka on Bernard Bigot (tilanne 2020).

ITER ja Suomi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suomi osallistuu ITER-projektiin mm. eri yliopistoissa tehtävällä plasma- ja materiaalifysiikan tutkimuksella, pyrkimällä saamaan suomalaiselle teollisuudelle tilauksia, ja luomalla testiympäristön ITERin Tokamak-reaktorin huoltojärjestelmälle. Tutkimusta tehdään VTT:llä, Aalto-yliopistossa, HY:ssä, TTY:ssä ja LTU:ssa.

VTT:n Tampereen osastolle on rakennettu ITER:in huoltojärjestelmien eurooppalainen testauskeskus Divertor Test Platform 2 (DTP2).[5] Siihen rakennetaan aidonkokoinen jäljennös neljäsosasta Tokamak-reaktoria, jossa testataan huoltorobotin toimintaa reaktoritoruksen sisällä. Projektin rahoitus tulee ITER-projektin lisäksi TEKESiltä ja VTT:ltä.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. ITER Live : Start of Machine Assembly iterorganization.
  2. a b c d e Ihmiskunnan pelastusrengas (artikkeli Iter-voimalasta) 24.12.2018. Helsingin Sanomat, hs.fi. Viitattu 24.12.2018.
  3. Fusion project struggles to put the pieces together 26.10.2012. Nature. Viitattu 4.11.2012. (englanniksi)
  4. The latest progress from the ITER site Fusion for Energy. Viitattu 4.11.2012. (englanniksi)
  5. Suomalaisille suuri fuusioenergian robotiikkasopimus tiedetuubi.fi. Viitattu 26.6.2015.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta ITER.