Innan det faktiska gemensamma monteringsarbetet vid en fusionsreaktor kunde inledas var man tvungen att först montera komponenterna praktiskt taget med hjälp av en megadator. Montering av komponenter, som kommer från olika delar av världen och från cirka 1 000 olika företag, kräver extremt precisa mätningar och minimala toleranser.
ITER:s generaldirektör, Bernard Bigot, hänvisar till att också flera andra problem behöver åtgärdas. Det handlar om problematik som forskarna konfronteras med för första gången. Tritium, som används för fusionsreaktionen, är en kortvarig radioaktiv isotop. Om Tritium skulle av misstag rinna ut, finns det ingen möjlighet att stoppa läckan.
- Men riskerna är mycket begränsade för befolkningen i omgivningen. Vid en olycka då det exempelvis uppstår en läcka i fusionsreaktorn, så att gas, oavsett kvantitet, läcker in i naturen, kan befolkningen runt reaktorn trots allt bo kvar där och fortsätta sina sysslor, säger ITER-chefen.
Rör- och ledningsnätet är så designat, så att det ”suger upp” varje skadlig mängd Tritium, som släpps ut vid en olycka. Ett annat stort problem med ITER-projektet är de enorma kostnaderna som detta jätteprojekt genererar. För närvarande uppskattas de till 16 miljarder euro, vilket är en tredubbling sedan de ursprungliga beräkningarna år 2006.
- Problemet är inte bara kostnaden, utan även mängden av energi som kommer att produceras. Och ärligt talat, det är just den enorma kvantiteten av energi som produceras under en mycket lång tid, som motiverar investeringen, trots att kostnaderna har blivit sannerligen höga, avslutar Bernard Bigot.
Förhoppningen är ITER:s första leveranser av kommersiellt producerad energi kan starta omkring år 2050. Att skapa en kopia av solen på jorden är onekligen en ambitiös dröm, men forskarna och deras sponsorer världen över tror ännu starkt på den, däribland Bernard Bigot.
Uppvärmning av plasma
Europeiska unionens byrå för fusionsenergi (F4E) har gett brittiska företaget Amec Foster Wheeler i uppdrag att utrusta fusionsreaktorn i Cadarache, med ett hanteringssystem för uppvärmning av plasma. För att fusionen ska vara som mest effektiv måste plasmat hettas upp till temperaturer på 150 miljoner grader.
Detta uppnås främst via Ohmsk uppvärmning, men även med hjälp av radio-frekvens upphettning samt bestrålning av neutrala atomer (eng. Neutral Beam Injection).
Förfaringssättet som beräknas kosta 70 miljoner euro omfattar design, tillverkning, leverans, integration på platsen, driftstart och sista acceptanstest av hanteringsystemet, som anses spela en nyckelroll för ITER-projektet.
Som huvudentreprenör kommer att Amec Foster Wheeler tillhandahålla tjänster för de kommande sju åren.
- Avtalet utgör en stimulans för vårt företags starka expertis när det gäller hantering och robotteknik. Det ger oss generellt sett en nyckelroll när det gäller design och utveckling av framtida reaktorer för fusionsenergi, sade energiföretaget AMEC Foster Wheelers vd, Clive White vid en presskonferens.
Enligt Kijun Jung, chefen för ITER Korea, fusioneras bränslet, deuterium och tritium, som kommer att användas i reaktorn, med en reaktion som leder till en heliumkärna, en neutron och alstrar 17,6 miljoner volt energi. Deuterium förekommer i naturligt tillstånd och kan separeras från vanligt vatten.
- Tritium är radioaktivt med kort halveringstid och förekommer därmed inte i naturen, men kan produceras genom neutronaktivering av litium, berättar Kijun Jung.
- Den höga temperaturen ställer höga krav på reaktorn. Dels måste plasmat hållas på avstånd från reaktorväggarna, dels måste väggmaterialet tåla det flöde av neutroner som bildas i fusionsreaktionerna.
Extra magnetfält hindrar plasmat från att komma i kontakt med tokamats väggarna. Neutronerna som bildas i fusionsreaktionerna influeras inte av magnetfältet och skapar ett starkt neutronflöde mot väggmaterialet.
Intensiv forskning bedrivs i vilka material som lämpar sig bäst till att motstå detta.
Ytmaterialet på reaktorväggen måste även kunna tåla och leda ett stort värmeflöde, samt hållas stabilt och inte kontaminera fusionsplasmat.
ITER har bestämt att använda sig av beryllium och volfram, beryllium som lätt atom förorsakar ingen större skada i fusionsplasmat medan volfram kan motstå neutronflödet bra.
Vakuumtankar till vattensystemet
Det händer just nu mycket i Cadarache i södra Frankrike. De första europeiska komponenterna anlände i maj till ITER:s byggarbetsplats. De handlade om stora vakuumtankar, som har tillverkats i Spanien och som kommer att ingå i fusionsreaktorns vattensystem.
ITER:s europeiska byrå, F4E, undertecknade ifjol ett kontrakt värt 2 miljoner euro (2,2 miljoner dollar) med spanska Equipos Nucleares SA (Ensa) 2013 om design och tillverkning av sex stora tankar.
Syftet med dessa vakuumtankar är att samla vatten innehållande tritium för vidare bearbetning och sedan använda det i framtida fusionsreaktorer. Fyra tankar - alla med en kapacitet på 20 kubikmeter och vikt på cirka 5 ton - kommer att vara en del av fusionsprocessen, medan två större tankar - alla med kapacitet på 100 kubikmeter och vikt på cirka 20 ton - kommer att användas i en fas när tritium måste återsamlas.
- De fyra mindre tankarna plus en av de två större som levererades till ITER:s byggarbetsplats, kommer att läggas på lager på plats och installeras när byggnaden för tritium är klar, sade F4E:s tillförordnade direktör Pietro Barabaschi, inför journalister.
Ankomsten av denna utrustning markerade enligt Barabaschi en början på tillförsel av en mängd nya komponenter, som européer har åtagit sig att tillverka och leverera till ITER:s fusionsprojekt.
EU finansierar hälften av kostnaden medan resten kommer i lika delar från sex andra partners: Kina, Japan, Indien, Ryssland, Sydkorea och USA. Anläggningen förväntas nå full drift år 2027, vilket av många experter anses vara något för optimistisk beräkning.
Europa har hittills skrivit under mer än 400 avtal med anknytning till ITER-projektet på en total värd på 3 miljarder euro (3,4 miljarder euro) med mer än 250 företag och 50 laboratorier.
Anskaffas av EU
Diamanten, ett av världens hårdaste naturliga material, är på grund av sin oförstörbara, genomlysande karaktär och förmåga att avleda värme speciellt användbar för ITER:s fusionsprojekt. Framför allt för dess tokamaktunnel och värmesystemet, Electron Cyclotron (EG).
EG-systemet kommer att värma plasman upp till 150 miljoner grader Celsius genom överföring av energi från elektromagnetiska vågor in i elektroner av plasma. Förfarandet är nödvändigt för att det ska uppstå en fusionsreaktion.
Detta sker genom att en aldrig tidigare prövad mängd energi på 1 till 2 megawatt injiceras genom 56 speciella rör. Denna mycket starka kraft måste transponeras säkert och effektivt tvärsöver en diamantskiva med 80 millimeter i diameter, under pulserande löptider upp till 3 000 sekunder.
EG-systemets nätaggregat omvandlar el från nätet för att ge rätt ström och spänning till EG-vågornas källa (gyrotronen) som i sin tur genererar elektromagnetiska vågor.
Gyrotrons har placerats ett par hundra meter från ITER:s kärna, den så kallade tokamaktunneln, för att undvika störningar från tunnels magnetfält.
Gyrotrons kan ses som en rysk uppfinning. Sovjet var ledande under sextio- och sjuttiotalet när det gällde fusionsforskning och mikrovågsteknik, som spelare en viktig roll i utvecklingen av gyrotroner som en metod att hetta upp plasma.
Elektromagnetiska vågor leds från gyrotron till ITER:s vakuumbehållare genom en antenn som sänder och dirigerar vågorna till elektronerna inom plasmakammaren.
Eftersom både gyrotrons och kammaren måste förbli extrem täta och eftersom de radiofrekventa vågorna agerar på ett sätt som påminner om ljuset rörelser, kan vågorna dirigeras från gyrotrons och in i kammaren uteslutande genom ett fönster gjorda av diamanter.
EU-organisationen, European Joint Undertaking for ITER and the Development of Fusion Energy (Fusion for Energy)F4E, ansvarar för anskaffning av 60 sådana fönster.
Det väsentliga i fönstret är diamantskivan, som har utvecklats i samarbete mellan ITER IO och staden Karlsruhes Institute of Technology (KIT). Tillverkning av diamant skivan, den 1,1 millimeter tjocka delen av fönstret, där de elektromagnetiska vågorna kommer att passera, pågår för närvarande.
Diamantskivorna är resultatet av drygt 10 års utvecklingsarbete vid KIT och Fraunhoferinstitutet (IAF), där ägarna av företaget Diamond Material tidigare har arbetat.
Trots senaste månadernas uppenbara framsteg med ITER är det fortfarande många som frågar om detta enorma vetenskapliga samarbete är den ultimativa lösningen på världens energiproblem? Frågan ställs allt oftare av journalister, politiker och framför allt de deltagande ländernas bidragsgivare. De närmaste åren förväntas ge en klar indikation om projektets framtida förmåga.
