Funzione |
Una delle maggiori sfide fra i componenti della macchina ITER è offerta dal divertore il quale ha il compito di assorbire un flusso di calore a temperatura estremamente elevata e di smaltire il flusso di particelle alfa e di impurità provenienti dal plasma. I componenti principali del sistema divertore sono (Fig. 1):
• il corpo della cassetta del divertore (CB), che è riutilizzabile al fine di minimizzare la
quantità dei rifiuti attivati; assicura lo schermo contro i neutroni, contiene il flusso
dell’acqua di raffreddamento e supporta le varie componenti affacciate al plasma
(PFCs)
• le piastre verticali (VT) interne ed esterne, • la regione di flusso “privata” (vale a dire lo spazio sottostante la separatrice che non
ha connessioni con la linea di flusso in direzione del plasma principale) che a sua
volta consiste di:
i) una cupola situata sotto il punto X della separatrice, dedicata alla radiazione e
ai neutri che effettuano reazioni di scambio di carica
ii) gli schermi riflettori interni ed esterni delle particelle neutre che, in unione
con i terminali del VTs, formano un taglio a “V” che confina le particelle
all’interno delle scanalature del divertore con lo scopo di aiutare nella
riduzione del flusso di picco ad elevata temperatura, favorendo il distacco
parziale del plasma dalla piastra
iii) un liner semitrasparente che protegge il corpo della cassetta dall’affaccio
diretto sul plasma, permettendo allo stesso tempo la rimozione dell’elio e delle
altre impurità
• cuscinetti di supporto integrati dentro la cassetta per assicurare la chiusura e
l’allineamento delle cassette del divertore all’interno dei binari della camera da vuoto.
Il divertore d’ITER consiste di 54 cassette con i relativi componenti che si affacciano sul plasma (PFC). Il raffreddamento è assicurato da un flusso d’acqua di 918kg/s, vale a dire 17kg/s per ogni singola cassetta assemblata. La temperatura e la pressione d’ingresso sono rispettivamente circa 100°C e 4,2MPa, mentre la temperatura e la pressione di uscita sono rispettivamente circa 150°C e 2,8MPa. I VT interni ed esterni e la cupola sono raffreddati in serie. L’acqua entra nella cassetta e viene prioritariamente inviata al VT esterno e successivamente a quello interno ed infine nella cupola.
Per ciò che concerne l’analisi di sicurezza il divertore non ha alcuna funzione di confinamento di radioattività. Ciononostante l’Autorità Nazionale Nucleare Francese sta ponendosi il problema della sua possibile definizione quale “componente in pressione” sebbene non nucleare. Ove la cassetta non fosse classificata come componente nucleare, dovrà essere conforme a PED – Category IV. Ove la cassetta dovesse essere classificata quale componente nucleare dovrà essere conforme alla ESPN-Level N3. |
Descrizione |
Questa scheda riguarda la fabbricazione di 54 cassette divertore più sei di ricambio nonché gli attacchi delle componenti che affacciano sul plasma e degli apparati diagnostici. La cassetta è la struttura che supporta i PFCs e assicura la distribuzione del liquido refrigerante. La simmetria delle componenti minimizza le distorsioni toroidali durante la fabbricazione e durante il funzionamento. Il refrigerante è strutturato in maniera tale da assicurare un raffreddamento simmetrico e minimizza in tal modo distorsioni e stress termici all’interno del corpo della cassetta. Per meglio conseguire tale scopo la struttura è divisa in tre canali poloidali. Il flusso dell’acqua è trasmesso dalla parte esterna alla parte interna utilizzando il canale centrale mentre il flusso di ritorno è veicolato attraverso i due canali esterni (fig2). Sulla parte inferiore del VT esterno e della cupola sono realizzate due aperture al fine di rendere possibile il pompaggio del plasma esausto dalla zona “privata” del divertore. L’acqua di refrigerazione entra nel CB attraverso uno dei due possibili tubi di raffreddamento situato nella parte finale esterna del componente. All’interno del CB questi tubi confluiscono in un’unica tubazione la quale veicola l’acqua verso il VT esterno. Questa tubazione penetra la piastra superiore del CB e si divide di nuovo in due parti che alimentano separatamente ciascuno dei due componenti VT esterni. Il flusso di ritorno dal VT esterno scorre di nuovo nel canale centrale del CB fino a raggiungere l’apertura centrale. Il flusso viene separato in due tubazioni che presentano un by-pass delle aperture all’interno dei due canali laterali. Dopo il by-pass, l’acqua scorre di nuovo nel canale centrale fino a raggiungere la bocca d’alimentazione del VT interno. Questa tubazione penetra nella piastra superiore del CB e si divide in due parti ciascuna delle quali alimenta uno dei due componenti del VT interno. Il flusso di ritorno dal VT interno scorre nei due canali laterali fino alla cupola. L’acqua è quindi forzata ad entrare nel tubo d’ingresso della cupola per mezzo di una piastra interna toroidale. Il flusso di ritorno dalla cupola scorre verso l’alto nei due canali laterali in direzione di due possibili tubazioni di uscita del CB le quali sono situate nella parte finale del componente proprio al di sotto dei due possibili tubi di ingresso.
Il CB è un componente saldato di circa 6 ton formato da piastre di acciaio inossidabile austenitico 316L e da pezzi forgiati. La piastra posteriore ha uno spessore di 60mm. La piastra anteriore, quelle laterali così come quelle interne hanno uno spessore di 40mm. Il CB include anche la realizzazione delle piastre forgiate della parte interna ed esterna del terminale atte ad allocare il sistema di ancoraggio della cassetta stessa.
Ciascuno dei tre PCFs è assicurato al corpo della cassetta per mezzo di due coppie d’attacchi con manutenibilità remota. Un paio d’attacchi, quelli in basso nel caso dei VTs e quelli interni per la cupola, assicurano sia la rotazione che la traslazione. In tale configurazione una serie di giunti di Inconel 718 è fissata in alloggiamenti nel PCF e negli altri alloggiamenti (fatti di acciaio XM-19) nel CB. I fori dei giunti sono allineati da una parte con I fori nel CB e dall’altro lato con I fori della struttura di supporto XM-19 dei PFCs Il secondo paio di attacchi usa una sola spina di grandi dimensioni ed ha il solo grado di libertà rotazionale. Al fine di rafforzare la connessione, in ciascuno dei fori dei componenti interconnessi vengono inserite spine cave di bronzo e queste vengono poi una alla volta fatte espandere a mezzo di una trafilatura con mandrino al fine di recuperare l’interasse vuoto di 0,5mm intercorrente fra la spina ed il corrispondente foro di fissaggio. Questo gioco esistente prima dell’espansione della spina consente una più agevole manipolazione remota nell’inserimento della spina stessa. Per queste spine vengono richieste tolleranza micrometrica e lucidatura della superficie allo stesso modo che per i fori di accoppiamento al fine di assicurare una costante pressione di contatto dopo lo stampaggio.
Il divertore ITER richiede una serie di sistemi diagnostici di grande dimensione per assicurare lo svolgimento di parecchie funzioni chiave: protezione dell’impianto, input al sistema di controllo del plasma, valutazione ed analisi delle prestazioni del plasma. Sedici dei 54 CBs sono dedicati ai diversi apparati diagnostici.
Vi sono sei “cassette Diagnostiche” e dieci “Cassette di Strumentazione”. Queste ultime hanno una strumentazione molto basilare e sono posizionate su entrambe i lati delle cassette diagnostiche. Le cassette diagnostiche sono dedicate alle operazioni di misura più sofisticate e presentano penetrazioni verso il centro della cassetta per il posizionamento di specchi. Due di loro sono posizionate di fronte alle finestre diagnostiche, una affacciata alla finestra della Criopompa, e tre di loro affacciano sulla porta di manutenzione remoto. Queste cassette sono denominate “Cassette Centrali”.
Vi sono sei cassette addizionali con modifiche adeguate al sistema di ispezione interna della camera da vuoto. Le 32 CBs senza alcuna strumentazione o modifica sono denominate inoltre “Cassette Standard”.
Parecchi apparati diagnostici sono allocati nella stessa cassetta.
La lista approssimativa d’apparati diagnostica che devono essere integrati include:
• la camera verticale inferiore per neutroni nella cassetta del divertore
• i sistemi ottici per osservare il plasma attraverso gli interstizi fra le cassette (monitor per le impurità UV, monitor per le impurità VUV,scattering di Thomson, spettroscopio H-alfa)
• i sistemi ottici per osservare il plasma attraverso gli interstizi fra la parte superiore della cassetta e i moduli del mantello (scattering di Thomson, sistema di visione laser)
• i sistemi ottici per osservare il plasma da sotto la cupola (Thomson scattering, fluorescenza laser indotta, termografia IR, erosione della piastra)
• apparati di diagnostica per osservare il plasma attraverso i canali di flusso (riflessometro del divertore, interferometro del divertore)
• sonde da attaccare al lato delle piastre della cassetta del divertore (bobine del divertore, bobine Rogowski, misuratori di pressione, termocoppie, bolometri, sonde Langmuir);
• monitor per il flusso neutronico all’interno della cassetta del divertore
Gli strumenti di diagnostica sono forniti dai partecipanti al progetto ITER. Ciononostante anche l’integrazione sul CBs fa parte della presente fornitura. |
Finalità della fornitura |
La Commessa 17.P1 include la fornitura dei seguenti componenti:
• un prototipo a scala reale del corpo della cassetta. Si tratta di corpo standard della cassetta completo di ogni parte funzionale ed a scala reale
• 54 cassette, ivi includendo 32 cassette standard, 6 cassette di diagnostica, dieci cassette con strumentazioni, sei cassette col sistema di visione laser
• Sei cassette da utilizzarsi quali parti di ricambio (standard e diagnostica)
La Commessa 17.P1 comprende anche:
• l’assemblaggio nelle cassette di tutte le componenti che generano il plasma (PCFs)
• l’assemblaggio di tutti gli strumenti di diagnostica nelle 16 cassette di diagnostica e con strumentazione, le quali sono fornite all’assemblatore come pezzi a fornitura libera
Tutte le operazioni d’assemblaggio dovranno essere compiute in un laboratorio unito al sito ITER. Il componente compiutamente montato dovrà essere consegnato al sito ITER. |
Attività Principali |
La commessa dovrà comprendere i seguenti compiti:
• le attività d’ingegneria necessarie alla fabbricazione del CB. Ciò consiste in:
• i disegni di macchina di tutte le componenti e degli accoppiamenti;
• le specifiche tecniche per i processi di lavorazione
• le specifiche tecniche per il collaudi e le ispezioni
• le Garanzie della qualità le procedure di qualificazione necessarie per stabilire il
procedimento di fabbricazione, includendo tutto il necessario equipaggiamento ed il
personale qualificato per i controlli
• l’acquisto di tutti i materiali necessari alla fabbricazione delle cassette
• la fabbricazione di tutti i corpi delle cassette divertore e la messa in atto delle
necessarie operazioni di qualificazione e collaudo, quali prove non distruttive (in
particolare esame delle superfici, resistenza alla infiltrazione dei liquidi, esame
radiografico ed ultrasonico, verifica delle dimensioni, prove per verificare la perdita
di elio,..) ed prove distruttive (in particolare prove metallografici, prove meccaniche
dei campioni saldati, etc.)
• la pulizia, l’imballaggio e la consegna delle cassette al sito di assemblaggio.
• montaggio del PFC e degli strumenti di diagnostica sui corpi delle cassette e la
messa in atto dell’assemblaggio del divertore e collaudo dei componenti come
specificato dalla Organizzazione ITER e da ELE
• la pulizia, l’imballaggio e la consegna dei componenti al sito di ITER |
