WBS - System |
17 - CAMERA DA VUOTO |
Identificativo della fornitura |
17EU-2B |
Titolo della scheda |
Componenti del divertore affacciati al plasma: bersaglio interno verticale |
Contributo Europeo
In Kind |
100 % |
Funzione |
Uno dei componenti che presenta un elevato grado di difficoltà tecnica del reattore ITER è il divertore. La principale delle funzioni di quest’ultimo è di estrarre la potenza emessa e allo stesso tempo mantenere il grado di purezza del plasma. Esso include il corpo della cassetta (CB) e tre componenti che affacciano sul plasma (PFCs), cioè il bersaglio verticale (VT) interno ed esterno (VT) e la cupola. Il CB è chiamato a supportare i PCFs, trasmettendo l’acqua di raffreddamento nei PCFs e garantendo lo schermo neutronico. Il divertore consiste di 54 cassette con l’aggiunta dei relativi PCFs. Il raffreddamento è assicurato da un flusso d’acqua di 918 kg/s, 17 kg/s per ciascuna cassetta assemblata. La temperatura e pressione in entrata sono rispettivamente di 100°C e 4,2 MPa mentre quelle in uscita sono rispettivamente di circa 150°C e 2,8 MPa. I VT interni ed esterni e la cupola sono raffreddati in serie. L’acqua entra nel CB ed è in primo luogo veicolata all’interno del VT esterno, poi del VT interno ed infine nella cupola.
I PCFs sono scudi termici attivamente raffreddati al fine di sopportare i flussi ad elevata temperatura e di particelle nel corso delle operazioni ordinarie e transitorie e nel corso d’eventi di disruzione. I PCFs consistono in un materiale affacciato sul plasma, l’armatura, fatta di un composito di fibre di carbonio rinforzate (CFC) o tungsteno (W). L’armatura è unita al substrato ad elevato raffreddamento, il dissipatore di calore, fatto di una lega di rame indurito per precipitazione CuCrZr. CFC è il materiale di riferimento progettuale per la parte inferiore del VT, poiché non fonde, presenta una elevata resistenza sia agli shock termici che all’affaticamento termico ed inoltre levata conducibilità termica. Le parti dedicate allo smaltimento della potenza della zona superiore del VTs e della cupola dovranno essere realizzate in W a causa del suo basso grado di sputtering, bassa ritenzione di trizio, elevata temperatura di fusione e buona conducibilità elettrica
Nel corso della normale operatività sul segmento inferiore del VT viene depositato un flusso di 5-10 MW/m2. Ciononostante dovrà essere assicurata la capacità di rimuovere fino a 20 MW/m2 nel corso d’eventi transitori ( fase “slow transient”) della durata di 10 secondi. In questa regione sono previsti monoblocchi in CFC. La geometria del monoblocco consiste di un numero di piastre con un foro centrale in cui è inserito un tubo di raffreddamento intimamente unito alle piastre Per ciò che concerne le parti di armatura in tungsteno della zona superiore del VT sono previste due soluzioni progettuali: una tegola piatta in W ed un monoblocco in W. Queste componenti debbono sostenere i flussi fino a 5 MW/m2 nello stato a regime quando si possono verificare instabilità nel plasma.
Nell’analisi di sicurezza non si assume per il divertore alcuna funzione di confinamento della radioattività. Pur tuttavia, l’Autorità Nazionale Nucleare Francese sta ponendosi il problema della sua potenziale classificazione quale componente di pressione e non nucleare. Ove il VT non venga classificato quale componente nucleare, dovrà rispondere al PED-Category IV. Ove il VT sia classificato quale componente nucleare dovrà rispondere al ESPN-Level N3. |
Descrizione |
17-2B consiste nella fornitura del VT interno. Il VT interno consiste in una struttura di supporto sulla quale sono montate le unità affacciate al plasma (Fig.1). Per ridurre le forze elettromagnetiche, il VT è suddiviso in due componenti simili ed indipendenti. Il VT interno ha 16 unità affacciate al plasma (otto ogni componente). Le unità sono montate su di una struttura scatolata (una per ogni componente) a mezzo di una serie di cuscinetti i quali sono attaccati meccanicamente sulla piastra frontale della struttura di supporto. L’acqua di refrigerazione entra nella struttura di supporto tramite una tubazione fatta d’acciaio inossidabile austenitico 316 L. L’acqua è veicolata verso il basso e poi scorre dentro le tubazioni di raffreddamento CuCrZr dell’unità con un flusso parallelo. L’acqua scorre in alto all’interno delle unità fino a raggiungere la parte superiore della struttura di supporto. Da qui, essa scorre all’interno della tubazione esterna.
La scatola strutturale di supporto è una componente realizzata per saldatura e fatta di piastre di acciaio inossidabile austenitico 316 L e pezzi forgiati. La piastra frontale ha uno spessore di 30mm e superfici parallele. E’ lineare nella parte inferiore e curva nella parte superiore. E’ ottenuta unendo piastre saldate e pezzi forgiati. Le piastre laterali hanno anch’esse uno spessore di 30mm. Ciascun componente del VT interno ha due punti di ancoraggio al CB, uno superiore ed uno inferiore. Quello superiore ha un perno che permette la rotazione, ed è fissato con un connettore al corrispondente punto di ancoraggio del CB. Quello inferiore è unito al CB a mezzo di un numero di ancoraggi, fissati da connettori che permettono rotazione e traslazione. Gli ancoraggi ed i connettori di fissaggio al CB non sono inclusi nella fornitura del VT interno. L’ancoraggio del VT al CB consiste in una serie di leve ottenute con accurate lavorazioni di pezzi forgiati. Per i fori di ancoraggio si richiedono tolleranza micrometrica e lisciatura delle superfici.
Le unità affacciate al plasma hanno una parte di CFC monoblocco ed una parte di W che possono presentare una geometria sia a piastra di grande dimensione che monoblocco (le due soluzioni sono entrambe ancora allo studio). La parte di CFC monoblocco non ha curve e consiste di tegole di CFC, possibilmente separate da uno spazio di 0,5 mm. Ciascuna di loro ha lunghezza assiale di 19,5 mm (o di 20 mm ove non sia previsto alcun interspazio) e larghezza di 28 mm. La parte in monoblocco di W consiste in tegole di tungsteno con una lunghezza assiale di 12 mm e larghezza di 28 mm, che dovranno essere separate da un interspazio. A differenza dei monoblocchi in CFC, per i monoblocchi in W l’interspazio è obbligatorio al fine di diminuire lo stress termico sotto sforzo determinato dagli alti livelli di flusso di calore. Allo scopo di ridurre lo stress di congiunzione delle interfacce è prevista l’interposizione di uno strato di rame puro fra l’armatura CFC e W ed il pozzo termico. Lo spessore di tale strato di interposizione è di circa 0,5mm e di 1,5 mm rispettivamente per la configurazione a monoblocco e per quella a tegola piatta. La tubazione di raffreddamento (12/15mm ID/OD) è fatta di CuCrZr. Quale prerequisito, prima di poter saldare la tubazione alla struttura di supporto in acciaio dovrà essere precedentemente approntata una giuntura di transizione fra tubo e tubo fatta di acciaio/CuCrZr. |
Finalità della Fornitura |
Questa Commessa prevede la fornitura dei seguenti componenti:
• un prototipo di bersaglio verticale interno
• 54 VT interni
• 6 VT interni di ricambio
La Commessa include esami termografici transienti di tutte le unità affacciate al plasma prima del loro assemblaggio nel VT. Una consistente percentuale delle unità affacciate al plasma dovrà essere testato sotto flussi di calore prima del loro assemblaggio al VT. Questa operazione di prova è parte di una commessa d’altro tipo. La commessa è scaglionata in tre gruppi che coprono rispettivamente il 15% il 35% ed il 50% che saranno completati secondo le specifiche e la temporizzazione programmata. |
Compiti Principali |
La commessa dovrà includere:
• le attività d’ingegneria per la fabbricazione de VT interno.
Esse consistono in:
• i disegni di macchina di tutte le componenti ed i fissaggi
• le specifiche tecniche per i processi di lavorazione
• le specifiche tecniche per le prove e le ispezioni
• QA e le procedure di qualificazione necessarie per mettere in piedi i processi di lavorazione del VT interno, incluso tutte le necessarie attrezzature ed il personale qualificato per le prove
• l’acquisto di tutti i materiali richiesti per il VT interno con l’eccezione del CFC che sarà fornito da ELE
• la lavorazione di tutte le unità affacciate al plasma e la prestazione di tutte le necessarie qualificazioni e prove, vale a dire prove non distruttive (in articolare esame delle superfici, verifica della penetrabilità ai liquidi, esami radiografici ed ultrasonici, controllo delle dimensioni, controllo della perdita di elio, ecc) e prove distruttive (in particolare, prove metallografiche, prove meccaniche di campioni accoppiati, etc.) e prove termografiche
• la pulizia, l’imballaggio e la consegna delle unità affacciate al plasma al sito delle prove di elevato flusso termico
• la fabbricazione di tutti i VT interni e la prestazione delle necessarie qualificazioni e prove, vale a dire prove non distruttive (in particolare esame della superficie, verifica della penetrabilità ai liquidi, esami radiografici ed ad ultrasuoni, controllo delle dimensioni, controllo della perdita di elio, etc.) e prove distruttive (in particolare prove metallografiche, prove meccaniche di campioni accoppiati, etc.)
• la pulizia, l’imballaggio e la consegna di VT interni al sito dell’assemblaggio delle cassette del divertore
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Tecnologie |
Le principali tecniche di lavorazione e/o le competenze necessarie a portare a termine le attività previste nella commessa sono:
• la giunzione del materiale di armatura ai dispersori di calore. In particolare il Fornitore dovrà essere qualificato a poter fabbricare i componenti consistenti in armature in CFC e tungsteno accoppiate al CuCrZr per mezzo di leghe che non contengano elementi con elevata pressione di vapore e non contengono neanche elementi che producano i primi mediante trasmutazione neutronica. I processi di lavorazione non dovranno degradare le proprietà termomeccaniche del CuCrZr
• la lavorazione di strutture complesse saldate fatte di acciaio inossidabile e per la composizione di leghe eterogenee (CuCrZr ed acciaio inossidabile)
• la lavorazione delle tegole di CFC e W
• la caratterizzazione dei materiali di armatura e strutturali e dei componenti accoppiati.
• specifiche tecnologie e strumentazione per la fabbricazione ed al collaudo di componenti destinati all’uso in un ambiente sotto vuoto spinto
• assemblaggio di componenti idraulici complessi. |
