Производство традиционной и возобновляемой энергии создает множество проблем и рисков, таких как захоронение радиоактивных отходов, катастрофические инциденты или географические ограничения и проблемы в отношении передачи энергии.

Чтобы противостоять этим вызовам и обеспечить доступность электроэнергии для растущего населения, создается международный исследовательский проект ITER с целью демонстрации термоядерной энергии в промышленных масштабах.


Вызов

В рамках инженерного проекта ITER проводятся исследования по выработке электроэнергии с помощью ядерного синтеза. Чтобы измерить важнейшие параметры и контролировать весь эксперимент, ITER был нужен надежный партнер.

Решение

ITER нашел надежного партнера в лице компании HBK, предлагающего комплексное решение для измерений. Чтобы удовлетворить особые требования ITER, которые часто достигают физических пределов, HBK смогла адаптировать свои стандартные продукты.

Результат

Совместно с ITER компания HBK разработала индивидуальный усилитель MGCplus, тензодатчики и термопары для удовлетворения требований испытаний и помощи в разработке будущих термоядерных электростанций.


Грандиозный научно-технический проект ITER

Тридцать пять стран сотрудничают, чтобы доказать возможность термоядерного синтеза как крупномасштабного и безуглеродного источника энергии. Этот источник энергии основан на том же принципе, что и Солнце и звезды. Под воздействием тепла и давления газообразное водородное топливо превращается в плазму - горячий, электрически заряженный газ. Эта плазма обеспечивает среду, в которой легкие элементы могут плавиться и выделять энергию.

csm casestudy iter fusion reactorИнженерный проект ITER - это первый термоядерный эксперимент, который будет производить чистую энергию - больше энергии, выделяемой из плазмы, чем вводимой. JET (Joint European Torus) в настоящее время является крупнейшим термоядерным реактором в мире. В 1997 году он произвел выходную мощность термоядерного синтеза 16 МВт при потреблении входной тепловой мощности 24 МВт (коэффициент Q = 0,67). ITER ликвидирует разрыв между небольшими термоядерными экспериментами и термоядерными электростанциями будущего. Экспериментальный термоядерный реактор ITER будет потреблять входную тепловую мощность 50 МВт и генерировать выходную мощность термоядерного синтеза 500 МВт (Q = 10), тем самым производя чистую энергию.

ITER нацелен на создание дейтериево-тритиевой плазмы, которая будет обеспечивать больше энергии, чем предыдущие термоядерные плазмы. Эта плазма может поддерживаться даже в течение более длительного времени. Воспроизводство трития будет протестировано в вакуумном сосуде, чтобы продемонстрировать характеристики безопасности термоядерного устройства.

С 2010 года ITER строится на расчищенном участке площадью 42 га на юге Франции. Первая плазменная установка запланирована на 2025 год. После этого в рамках проекта ITER будет увеличена мощность термоядерной машины и будет использоваться дейтерий-тритий для достижения последнего важного шага: строительства термоядерных электростанций в будущем.

 

HBK: надежный партнер ITER

Тысячи инженеров и ученых по всему миру работают над проектом ITER, производя расчеты, моделируя и планируя этапы строительства. Чтобы проводить дополнительные измерения, контролировать важные параметры в течение всего эксперимента и подтверждать ожидаемые расчеты, ITER требовался надежный партнер для измерений в вакуумной камере.

 

Индивидуальное решение

ITER требовал особого и индивидуального решения для установки датчиков снаружи вакуумного резервуара ITER, где происходят реакции термоядерного синтеза. Этот герметичный стальной контейнер будет работать при 100 ° C и запекаться при 200 ° C, чтобы гарантировать чистую среду для сверхвысокого вакуума, который необходим для генерации плазмы. В этой среде датчики должны соответствовать различным требованиям к испытаниям на тепловое старение и ЭМС. Они также должны быть совместимы со средой сверхвысокого вакуума, выдерживать облучение и иметь низкую магнитную проницаемость.

Чтобы настроить датчики в соответствии со специальными требованиями, ITER и HBK обсудили подходящие решения датчиков и протестировали их с помощью подробной процедуры квалификационных испытаний. Вместе со сторонним поставщиком компания HBK даже разработала термопары по индивидуальному заказу, а также протестировала их с помощью подробной процедуры квалификационных испытаний. После того, как датчики прошли этап квалификации, началось их серийное производство.

 

csm casestudy iter custom strain gauges 2 f6f3e10b86

Индивидуальные термопары для крепления болтами М6                                                  

 

csm casestudy iter custom strain gauges

 Изготовленный на заказ тензорезисторы, приваренный к стальной пластине

 

Индивидуальное решение для усилителя

ITER требовалось решение, обеспечивающее максимальную гибкость при измерениях с большим количеством каналов. Поскольку усилитель MGCplus доступен в версии для стойки 19 ”, содержащей 16 измерительных плат, MGCplus был правильным решением для требований ITER.

Согласно данной конфигурации, всего было предоставлено 36 усилителей MGCplus с более чем 920 каналами. Из-за высоких требований к точности и длине кабеля для датчиков на основе тензорезисторов была выбрана комбинация ML30B и AP01i. Для измерения термопар была выбрана комбинация ML801B и AP809, предлагающая 8 измерительных каналов на слот.

Из-за ЭМС среды в здании где установлены усилители MGCplus, ITER и HBK вместе определили четкую процедуру испытаний для выполнения дополнительных тестов в лаборатории HBK ЭМС, внешних немецких лабораториях ЭМС и специальной лаборатории во Франции для очень высокого магнитные поля постоянного тока.

MGCplus прошел все испытания на ЭМС, намного превосходя стандартные требования ЭМС, за исключением испытания на очень сильное постоянное магнитное поле. Были оценены различные подходы к решению этой проблемы, и, в конечном итоге, был выбран наиболее многообещающий.

Чтобы обеспечить долговечность и надежность, компания HBK создала индивидуальное решение, которое идеально подходит для ITER. Совместно с сторонним поставщиком и ITER компания HBK разработала подходящее решение, сняв блок питания и установив его во внешний экранированный корпус из мягкого железа. После этой модификации испытание на сильное магнитное поле постоянного тока было повторено, и MGCplus успешно его прошел.

 

Команда индивидуальных решений HBK

Проектом ITER занималась группа индивидуальных решений HBK, которая посвятила себя работе над решениями для систем с большим количеством каналов, индивидуальными измерительными решениями и специальными программными приложениями. С помощью группы индивидуальных решений, которая поставила ITER индивидуальные тензодатчики, и сторонней компании, которая предоставила термопары, ITER смог сосредоточиться на собственном применении и вовремя получить идеальное решение для измерения.

Команда индивидуальных решений работала в ITER в качестве руководителя проекта на этапе квалификации, консолидации сторонних поставщиков и группы индивидуальных решений и настройки усилителя. Как уверенный и надежный партнер, HBK также смогла отреагировать на спонтанные изменения требований и успешно предоставить идеальное решение для установки без каких-либо задержек. После окончательной поставки HBK поддержит ITER своим местным сервисом на месте для правильной установки решения, чтобы первые измерения могли быть проведены быстро и надежно.