ITER Diagnosztikák Elektromos infrastruktúrájának fejlesztése

Átírás

1 ITER Diagnosztikák Elektromos infrastruktúrájának fejlesztése Nagy Dániel Veres Gábor, Darányi Fruzsina, Baross Tétény, Pataki Ádám, Kiss István Gábor Wigner FK RMI Bendefy András, Szalai Judit BME MM ITER, 2013 február 2 1

2 ITER és Európa Hét fő partner: EU, USA, Dél- Korea, Oroszország, Kína, India, Japán Összes hozzájárulás közel 50%-a EU EU területén épül, Cadarache, Franciaország In-kind beszállítás politikai döntés alapján EU szállításért felelős szervezet: Fusion for Energy (F4E), amelyen keresztül minden EU kötelezettség teljesül 40% (kutatási) vagy 100%-os (ipari) támogatottságú grant formájában 3 Magyar részvétel az ITER-ben Magyar részvétel több ITER projektben is jelen van: bolometria, CXRS, Test Blanket Module (TBM, trícium szaporító kazetták) Legjelentősebb magyar részvétel viszont: ITER Diagnosztikák elektromos infrastruktúrájának fejlesztése F4E és TSD konzorcium 2012-ben írt alá szerződést erről a munkáról TSD: Tokamak Services for Diagnostics, a konzorcium neve Résztvevők: Wigner FK RMI (konzorcium vezető), EK, BME, kisebb részben CCFE[Culham Centre for Fusion Energy, Egyesült Királyság] Időkeret kb 4 év (de további együttműködés valószínű), ebben egy teljes időtartamra szóló keretszerződés (FPA, Framework Partnership Agreement), és több, konkrét feladatra szóló szerződés van benne (SG, Specific Grant) 4 2

3 ITER Diagnosztikák ITER biztonságos működéséért (pl. hő- és feszültségmérő szondák, stb), másrészt a plazmafizikai jellemzők és mágneses tér megfigyeléséért és szabályozásáért (pl. mágneses diagnosztikák, bolométerek, neutron szenzorok, lézerek, stb). Köpenyelemek Portokban (12 felső, 6 középső és 6 divertor), vákumkamra külső és belső falán, divertor kazettákon TSD Kliens diagnosztikák a vákumkamra belső és külső falán és a divertor kazettákon lesznek. Bolométer, Mágneses, DNFM, Langmuir szonda, nyomásmérők, hőmérők Nem minden diagnosztika! Csak ami elektromos jelet továbbít (pl optikai kábel nem) Vákumkamra Divertor Port diagnosztikák 5 TSD Rendszer Cél: A diagnosztikai jelet a vákumkamrán kívülre kell továbbítani a megfelelő minőségben Jeltovábbításhoz szükséges elemek főbb típusai: pl kábelek, csatlakozók, kábelkötegek, kábelcsatornák, robotcsatlakozók, vákumátvezetők, kábelhidak, A legtöbb típushoz nagyon sokféle altípus is tartozik Néhány alkatrész becsült mennyisége (altípusokat is beleszámítva): Kábelek Kábelkötegek Vákumátvezetők ~175 Darabszám csatlakozók ~1400 Robotcsatlakozók 17 ~8800 (több tíz km) ~125 (~1200m) 6 3

4 Jellemző jelátvitel 1 Vákumkamrán belüli jel esetén a jel útja 7 Jellemző jelátvitel 2 8 4

5 TSD Feladat Komponens fejlesztés Fejlesztés lépései Koncepció kitalálása Szimuláció: termikus, termomechanikus, elekromágneses, neutron Tesztelés prototípusokon: vákuum, mechanikai,elektromágneses, termikus, termo-mechanikus, elektromos, termo-elektromos, robot-kompatibilitás, sugárzás Komponensek kifejlesztése a gyártási rajzokig Beszállítás nincs benne a feladatainkban, de a beszállítók TSD specifikációk alapján fognak szállítani Rendszertervezés az összes komponens és altípusai pontos helyének, funkcióinak ismerete, karbantartása (See System Design) 9 Peremfeltételek, problémák Technikai problémák n terhelés Magas hőmérséklet Vákumkompatibilitás Kis hely Nem lehet karbantartani Elekromágneses erők és hatások Elektromos jellel kapcsolatos követelmények Feszültség (jelek nv-tól kv-ig), frekvencia (10Hz-től 100MHzig), zaj többféle, T és n által előidézett elektromos jelenség Egyéb problémák Óriási mennyiségű technikai adminisztráció: nukleáris létesítmény és világméretű együttműködés 10 5

6 Komponensek 1: Kábel, kábelvégződés Mineral Insulated Cable (MIC) Belül réz, szigetelő Al2O3, kívül acél köpeny Lehet egy eres, csavart érpár, 4 ér Átmérő mm, jellemzően 4mm Minden egyes kábel a véső hosszra levágva, a teljes kábel vákumzárt Fő technikai probléma a hermetikus kerámia-fém kapcsolat a végződéseken 11 Komponensek 2: kábelkötegek, kábelvezetékek Kábelkötegek db MI kábelt tartalmaznak. Szorosan a vákumkamra belső falát követik, köpenyelemek mögött futnak a portokig (köpenyelemek nem látszanak az ábrán) INBOARD UPPER LOOMS U 4 EVEN PORT (0) U3 / U2 U 1 O 4 O 3 O 2 O 1 OUTBOA RD LOOMS L3- L4 INBOARD LOWER LOOMS L1- L2 12 6

7 Komponensek 2: kábelkötegek, kábelvezetékek Követelmény a diagnosztikáktól: termoelektromos hatások miatt a kábelek hőmérséklete ne változzon 10 foknál többet a kábelköteg teljes hosszán Cél: jó hőkapcsolat a 100 C fal és kábelköteg között Probléma: változó 3D görbületű fal és síklapú elemek között a hőkapcsolat nem ideális Teszt: hőátadási tényező számítása a leszorítóerő függvényében 41 db MIC Hegesztett oldalfal Leszorítást szabályozó csavarok ITER fal görbületével rendelkező fal (kb 60mm vastag) Hőmérő párok a falban és Hűtővíz be és kimenet kábelkötegben 13 Komponensek 3: Elektromos v.átvezetők Felső és alsó portokban helyezkedik el SIC (Safety Important Component): szigorú minőségi előírások Dupla vákumzár, közötte ellenőrzött terület Fő probléma a vákumzáró technológia Fém-fém (tárcsa-kábelköpeny): pl indukciós forrasztás Fém-kerámia (szigetelő vezető): hermetikus 14 7

8 Komponensek 4: Divertor robotcsatlakozók Nem hegesztett, mert oldhatónak kell lennie - > problémák Jelenlegi koncepció plug and socket Ilyen környezetben (T változás, EM, stb) nem megbízható az érintkezés Nagyon nagy erő kell az összenyomáshoz nagy számú huzal esetén Nagyon merev a MI kábel Kábeleket meg kell hajlítani Socket ~250mm 48 MI Cables Plug Connector layout from ITR-297-REP Összefoglalás TSD konzorcium kb 1 éve dolgozik a témán Minden alkatrész követelményeinek, létező koncepcióinak megismerése A különleges követelmények miatt a kábeleken kívül minden alkatrész esetén saját komponens kifejlesztésére van szükség Következő időszak (kb egy év) legfőbb feladata a javasolt koncepciók intenzív ellenőrzése szimulációkkal és tesztekkel 16 8