配备激光扫描系统的机电臂将首次用于测量融合设备内部

   小金工        

欧洲已采取措施,实现了另一个目标:ITER的船上观察系统。配备激光扫描系统的机电臂将首次出现在融合设备内部。


配备激光扫描系统的机电臂将首次用于测量融合设备内部


在脉冲过程中,臂将被折叠到远离等离子体的真空容器端口延伸部分中的墨盒中。然后,当操作员要检查面对等离子体的表面时,他们将使用六个船内观察系统的某种组合,这些系统将尽可能均匀地分布在下部端口中。接合后,设备将从弹药筒中展开,手臂将直伸到导轨上,直到到达容器内部。从那里它可以倾斜到75度。


为了查看等离子体室的内表面,该系统将使用激光雷达技术,将激光束发射到面向等离子体的表面上并收集反射光。每次激光射击都会导致一个点。通过以精心计划的模式发射数百万个光束并组合所得的点,该系统将构建超高分辨率的2D图像和3D点云。


配备激光扫描系统的机电臂将首次用于测量融合设备内部


每个容器内观察系统都将缩回位于真空容器端口扩展部分内的盒式磁带内。(初步设计照片。)©Fusion for Energy


“在六个不同的端口中使用六个这样的系统,我们将能够可视化超过95%的面向等离子体的组件,” ITER组织的船内观察系统负责人Aakanksha Saxena说。“看不见某些区域的原因仅仅是因为它们不在视线范围内。”


该系统还将帮助解决另一个重要问题-测量侵蚀。可以通过测量材料沉积在表面(或从表面去除)时形成的丘陵和山谷来检测侵蚀。为了建立基线,将在打开ITER之前执行扫描。然后,可以将随后的扫描结果与初始状态进行比较,以确保腐蚀不超过法国当局对核安全施加的限制。


光电机械系统面临的独特挑战


通过在夜班期间进行观察(无脉冲运行),船内观察系统将节省时间和金钱。但是,构建一个仅在脉冲后几个小时即可运行的系统并不是一件容易的事。“环境比火星还要糟糕,”负责管理欧洲对ITER贡献的欧洲组织Fusion for Energy的系统项目经理Gregory Dubus说。“我们的系统需要承受环境条件的独特组合,同时保持其预期的性能水平。伽马辐射,中子,热量,超高真空和永久的多特斯拉磁场使系统设计和组件选择成为真正的挑战。”


配备激光扫描系统的机电臂将首次用于测量融合设备内部


由ASE Optics Europe为Fusion for Energy开发的测量系统的完整原型。船内观察系统将使用激光雷达技术,将激光束发射到等离子体表面,并收集反射光。


容器仍将处于真空中,在这种环境中复杂的机电系统往往会阻塞。例如,常规润滑剂改变状态并失去其润滑性能,导致更多的摩擦。摩擦可能会引起卡塞,并可能磨损运动部件。此外,当暴露于热和真空中时,组件会释放出气体-这种过程称为除气,通常会破坏真空。为了克服这种危害,必须找到替代方法。


“除气率取决于制造零件所使用的材料和工艺,” Dubus说。“如果希望组件在超高真空下运行,则不能仅使用任何一种切削液或焊接技术。为了安全起见,我们要求供应商构建和测试全尺寸的原型,以证明其设计和制造过程所产生的系统与ITER的真空兼容。”


但是在超高真空下操作并不是唯一的特殊考虑。“在等离子发射之间,环形场磁体仍处于打开状态,这意味着观察系统必须在非常高的磁场(7至8特斯拉)中工作,这使标准执行器无法工作,” Dubus说。“最重要的是,环境具有高放射性,充满中子和高温。在检查过程中,温度约为70°C,在烘烤过程中,温度高达120°C,这是机电设备的高温。”


该系统旨在克服所有可能的危害,因为可靠性和可用性是必不可少的要求。如果一个单元关闭,不仅会使ITER的一部分变得不可见,而且腔室内留下的任何设备也将无法运行另一个脉冲。为了最大程度地减少这种风险,我们将特别注意提高系统可靠性并简化维护。单一观察系统的所有组件都将被嵌入一个盒中,这样设备就可以在一次操作中缩回并转移到ITER Hot Cell进行维修。而且,万一仍然有故障,正在开发特殊的程序和功能来从真空容器中回收设备,而对ITER操作的影响可以忽略不计。


配备激光扫描系统的机电臂将首次用于测量融合设备内部

左:由船内观察系统检查的损坏的分流器块(来自ITER原型组件)的照片。右:系统视图+同一零件的3D计量数据。可以清楚地检测到损坏的细节,例如瓷砖膨胀,熔化和开裂。©能源融合


验证假设


萨克森纳说:“计划是为组装阶段II *接收零件。交付时,他们将必须通过验收测试,并且操作员必须接受培训。我们将在ITER站点上建立专门的实验室,以在将组件安装到机器中之前对其进行测试和调试。”


团队正在接近初步设计阶段,并且计划也将在几个月内开始进行最终设计审查。Fusion for Energy已经开始开发全面原型。Dubus说: “我们认为现在就构建原型而不是等待最终设计是一种风险缓解策略,这将使我们能够及早验证我们的假设,以便在必要时进行调整。”



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