FOM DIFFER en de TU/e zitten in het Goal Oriented Training (GOT) programma voor ITER Remote Handling (RH). GOT is een initiatief van Europa om meer ingenieurs in het kernfusieprogramma te introduceren, met de hoop en verwachting dat een groot aantal van hen ook werkzaam zal blijven in het vakgebied. Vijf Europese instituten (Tampere Technical University, Karlsruhe Institute of Technology, CIEMAT-Universidad Complutense Madrid, CEA Cadarache en FOM-TU/e) zitten in het GOT RH programma , met in totaal 7 trainees.
In ITER is onderhoud voorzien in de tokamak en in de zogenaamde Hot Cell. De Hot Cell is de garage van ITER. Onderhoud zal plaats vinden op afstand met behulp van haptische systemen. Remote Handling is een breed vakgebied, dat het design van ITER componenten (onderhoudbaarheid en inspecteerbaarheid behoren tot de ontwerpeisen), het ontwikkelen van gereedschappen en onderhoudsprocedures, en het uitvoeren van systeem engineering analyses, of Hazardous Operations analyses omvat.
Veel van het werk voor remote handling wordt gedaan in virtual reality, als een super-computer game. Een paar zeer delicate operaties moeten worden nagebootst in testopstellingen. De mooiste daarvan staat in Tampere, voor het vervangen van divertor modules, een kritische operatie met een zeer kleine tolerantie.
In een paar regels lijkt het proces best eenvoudig: Een divertor module weegt 9 ton. De modules zijn ongeveer 50 cm breed, 2 meter lang en 1 meter hoog. Er zijn specifieke openingen in de tokamak voorzien om bij de divertor modules te komen. Een ingenieus apparaat kruipt de divertor in, grijpt om de hoek een module, trekt deze recht voor de opening, en tilt de module aan een kant op. Dat is alsof je een zware koffer met gestrekte arm probeert op te tillen. Tijdens het oppakken varieert de krachtenbalans in de module, en vervormt de structuur, ongeveer 1.8 cm op de 2 meter. Het gevolg hiervan is dat de toleraties alleen nog maar scherper worden. De module wordt in een container getrokken, en naar de hot cell vervoerd voor onderhoud.
Maar als je het hele proces analyseert, blijkt het zeer complex te zijn, met veel interfaces, weinig ruimte, en geen zicht.
In de voorbereiding wordt de VR gebruikt voor de ontwikkeling van de procedure. Later zal de VR omgeving gesynchroniseerd worden met het echte proces en een deel van de informatie aan de operator bieden.
De GOT RH trainees zijn bijna allemaal mechanisch ingenieurs. De afgelopen 2 weken hadden ze training in Tampere over de verschillende aspecten van het werk. Pieter en ik namen 7 van de 20 dagdelen voor onze rekening. Pieter heeft een cursus over de controle van Mechanische systemen gegeven: hoe zet je een mechanisch controle systeem op, en hoe tune je het? Ik heb de functionaliteit van de tokamak behandeld: hoe controleer je een plasma, welke actuatoren en sensoren spelen een rol, en hoe garandeer je positie, vorm en stabiliteit van het plasma? Pieter is meteen gevraagd of de TU/e de TUT wil helpen met de mechanische controle van hun testopstelling (zie beneden).
Tot mijn grote enthousiasme waren en naast de trainees ook een paar ervaren Finse ingenieurs bij de presentatie, inclusief de projectleider van DTP2. Zij werken al jaren aan het onderhoud van de divertor, en nu wilden ze de context snappen, inclusief het verzoek of ik ook eens wilde uitleggen hoe zo divertor fysisch werkt.
De diveror is een magneto-mechanische component die de afvoer van warmte en deeltjes in een tokamak voor haar rekening neemt. De mechanische component is een actief gekoelde Wolfraamstructuur. Met de magneetveldspoelen in de divertor wordt een magneetveld opgezet dat de wolfraamstructuur doorkruist. Met gas inlets en een cryo-pomp wordt een gebied met een hoge concentratie aan neutrale deeltjes opgezet, de gastarget. Energetische deeltjes die het fusieplasma verlaten worden door het magneetveld naar de gastarget gevoerd, waar ze de neutralen aanslaan, waarbij een enorme hoeveelheid licht ontstaat. Het licht wordt alle kanten opgestraald, en leidt tot een relatief lage warmtebelasting van de wand van de tokamak. De geladen deeltjes landen uiteindelijk op het wolfraam.
Ingewikkeld? De Aarde doet het niet anders! Sterker nog: de Finnen hadden het moeten weten, want het levert een van de mooiste fenomenen op aarde op. De Aurora. Vorige maand heeft het Finse bureau voor toerisme dit HD filmpje op het web gezet. Het is van werkelijk overweldigende schoonheid. De natuur als lichtend en inspirerend voorbeeld!
Nu moeten we dat beeldschone voorbeeld vertalen naar een onderhoudbaar divertorconcept. Op naar Finland!
Marco de Baar
Active Science 