Будущее энергетики
Сентябрь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Мар    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

Супермагниты ITER лазерный сканнер

Получать чистую, безопасную энергию – такую цель ставят перед собой ученые по всему миру, но самое главное — иметь возможность неограниченного роста получаемой энергии, соизмеримой с ростом потребности в ней. Важный аспект при поиске новых энергоносителей – доступность сырья, на котором должен работать новый источник энергии, как например, водород, добываемый из морской воды. Немаловажным является и полное отсутствие рисков в управлении новой реакцией, а также незначительное производство вредных для окружающей среды отходов. Все это и многое другое – являются преимуществами ядерного синтеза, происходящего на солнце, т.к. даже маленький кусочек солнца на земле способен выработать невероятное количество энергии.

Исследования в данной области начали проводиться с 1930 г, но только с развитием науки и технологий стало возможным фактически реализовать данный проект. Для работы над данной задачей был создан Большой международный исследовательский проект, финансируемый Европейским Союзом, Китаем, Индией, Японией, Кореей, Россией и США, который должен привести к строительству огромного экспериментального реактора в Кадараше, на юге Франции. Если будет доказано, что за 30 минут реактор будет способен произвести энергии в десять раз больше, чем его фактическое потребление, то запуск реактора будет запланирован на 2020 год. От успеха эксперимента зависит запуск второго проекта, известного как «Демо». Известно, что старт проекту уже дан и в течение 15-20 лет должна быть построена первая установка для производства электроэнергии с помощью ядерного синтеза.

medium-jpgcs-asg-superconductors-italy1
Одно из возможных решений создания системы ядерного синтеза базируется на магнитном удержании реакции. Для реализации процесса синтеза необходим переход вещества в состояние плазмы, т.е. в реакторе ITER (Международного проекта по созданию экспериментального термоядерного реактора) вещество должно быть нагрето до температуры выше 150 млн °С. Перемещение пар атомов плазмы до момента их слияния в ядерном синтезе происходит под воздействием мощного магнитного поля. В момент синтеза атомных частиц, новое ядро принимает массу меньше суммы исходных частиц, что приводит к выбросу огромного количества энергии. После прохождения реакции магнитное поле продолжает работать, распределяя плазму в пространстве, что позволяет использовать энергию тепла и ограничивать силы, воздействующие на защитные стенки.
Компания Hexagon принимает активное участие в данном проекте, а лазерные трекеры Hexagon Metrology сопровождают строительство огромных магнитов термоядерного реактора.

В Ла Специя с видом на Лигурийское море, между Лигурией и Тосканой, находится штаб-квартира компании ASG, которая занимается производством сверхпроводников. Это одна из итальянских компаний, занимающаяся производством основных компонентов ITER. На своих объектах в Генуя и Ла Специя, ASG изготавливает магниты всех размеров — сверхпроводящих и традиционных магнитов, используемых для изготовления инновационных магнитно-резонансных машин, устройств для точечного бомбардирования опухолевых клеток и экспериментальных устройств. ASG уже участвовали в подобных проектах, например, они поставляли часть магнитов при создании большого адронного коллайдера — ускорителя частиц для Европейского Центра Ядерных Частиц в Женеве, также как и для ядерного синтеза.

Размеры катушек, производимые ASG, могут быть внушительных размеров, также как и воссоздаваемое ими магнитное поле. Для их производства необходимо современное и эффективное производство, знания и сверхпроводящие материалы. Поэтому здесь в Ла Специя завод специализируется только на производстве катушек, которые образуют магниты реактора. Одна из особенностей производства – строгий контроль качества на всех этапах, ведь каждый изготовленный компонент является уникальным и проверить его эффективность можно только тогда, когда реактор полностью собран и введен в эксплуатацию. Все должно быть безупречно и соответствовать теоретическим характеристикам, чтобы избежать провала уникального эксперимента по своей значимости и понесенным расходам. Ни одна ошибка не должна быть допущена. Именно поэтому после каждой отдельной операции каждый компонент проходит очень строгую качественную и метрологическую проверку.

Отдельные компоненты магнита могут состоять из 18 D-образных обмоток типа Winding Pack длиной около 13 м и шириной более 8 м. Каждая обмотка образуется в свою очередь из 7 двойных обмоток, известных как ‘двойные блины’, которые зажаты вместе для формирования Winding Pack. Проводник, из которого изготавливается катушка – это основа, образованная из центрального проводника в котором происходит охлаждение потока жидкого гелия (при температуре, близкой к абсолютному нулю для обеспечения сверхпроводимости), концентрической матрицы медных проводников, в которые встраиваются сверхпроводящие нити и, наконец, металлической оболочки покрытия. Проводник имеет внешний диаметр около 40 мм и поставляется в огромных рулонах, по 750 м каждый.
medium-jpgcs-asg-superconductors-italy

Альберто Барутти – менеджер по качеству в ASG и Бруно Казерзна — генеральный директор производства в Ла Специя рассказали, как лазерные трекеры Hexagon Metrology помогают выполнять все контрольные измерения с высокой точностью на всех этапах. “После прохождения строгих приемочных испытаний, включая испытания в вакуумной камере” – рассказывает Барутти: “начинается первый этап — размотка проводника от транспортной катушки, выправление и очищение его, а затем начинается процесс шлифовки поверхности наружного слоя с помощью специального оборудования.

Последний этап формирования системы – самый важный и сложный – изогнуть проводник на весу без использования специальной технологической оснастки таким образом, чтобы сделать элемент с двумя витками (нижним и верхним). На этом этапе материал ещё не сверхпроводящий, поэтому он может быть обработан, согнут и сформирован, как требуется. Термическая обработка, необходимая для придания проводнику свойств сверхпроводимости, приводит к изменениям и деформации витков, поэтому очень важно выполнять строгий контроль соответствия проекту длины и формы витка. Но самое значимое – это достичь проектной формы после термической обработки. Для контрольных измерений каждого элемента применяется лазерный трекер Leica AT901 с лазерным сканером Leica Т-Scan, позволяющий выполнять измерения с высокой точностью. 22 витка должны соответствовать допускам порядка нескольких десятых миллиметра в 3D формате, а общая длина витков должна иметь допуск — миллионную часть от всей длины, что является наиболее сложным для измерения”.

“Благодаря специальным методикам, разработанным в сотрудничестве со специалистами Hexagon Metrology, во время монтажа оборудования с помощью лазерного сканера можно изучить геометрию каждого изогнутого витка по окончанию и перед началом следующего этапа, исследовать всю длину и форму для того, чтобы сделать какие-либо компенсации и добиться правильной формы и длины. Затем производится полная проверка формы обмотки” — объясняет Казерзна.

medium-jpgcs-asg-superconductors-italy-3
Как только изгибы соответствуют проектным, двойная обмотка готова к термической обработке. 28-дневный цикл тепловой обработки, включающий различные этапы в специальной атмосферной камере, даст материалу характеристики сверхпроводимости. Отныне для всех последующих стадий обработки большого витка необходима особая тщательность. Суперпроводящий материал становится очень хрупким после кристаллизации и любое механическое напряжение может привести к нарушению и ухудшению его рабочих характеристик.

Казерзна продолжает: “технологический процесс термической обработки сделан таким образом, чтобы деформации были под контролем. Но в тоже время фактическая форма каждого витка контролируется, прежде чем мы переходим к следующей части процесса. Также необходимо сделать очень точную корректировку установки, которая держит форму витков, чтобы подготовить их для последующих этапов сборки. Для этих целей используется абсолютный трекер Leica AT901 вместе с Leica Т-Probe. Процедура проверки позволяет оператору внести необходимые исправления по расположению витков, на основе этого выявляются отклонения с точностью до сотых долей миллиметра”.

Последующие этапы сборки включают в себя установку обмотки в специальный корпус, изолированный и герметичный, со специальными крышками, которые будут сварены роботизированной системой. На этом этапе абсолютный лазерный трекер Leica AT901 используется для калибровки приспособления, которое поддерживает отдельные обмотки внутри сварочного поста. После того, как крышки были сварены, после точной габаритной проверки в вакуумной камере и электрических проверок, каждую обмотку тщательно заворачивают в изоляционное покрытие. Впоследствии обмотку наполняют смолой с помощью процесса вакуумной пропитки. Последний шаг перед поставкой является укладка из семи компонентов и окончательная изоляция всей сборки. После второй пропитки и окончательных испытаний, наконец, огромная D-образная обмотка готовится отправиться в конечный пункт назначения большой адронный коллайдер. Поэтому, когда мы получили заказ на проект ITER, мы не сомневались относительно того, как решать проблемы анализа, проверки и корректировки производственного цикла. В дополнение к этому, технология систем измерений значительно изменилась за последние несколько лет, что позволило нам создать процессы, которые быстрее и точнее, чем в прошлом, таким образом, оптимизировав весь процесс”.

В заключении Альберто Барутти говорит: “во время предварительного анализа и проектирования оборудования, мы внимательно оценивали различные параметры для контроля размеров наших компонентов. Наш прошлый положительный опыт направил нас в сторону решения, предложенного Hexagon Metrology. Hexagon Metrology не просто предоставили нам оборудование и программное обеспечение, они также разработали программы и методики для решения наших специфических задач, что является необходимым для достижения конечной цели.
laser-tracker-system-for-superconductor-inspection

Благодаря этим новым технологиям, процесс изготовления катушки значительно сократился, производство упростилось, а также были значительно улучшены качественные характеристики”.

© Перевод выполнен ООО фирма «ЮСТАС», при копировании материалов ссылка на источник обязательна.