Výroba vakuové nádoby ITER

Práce na staveništi tokamaku ITER pokročily a množí se zprávy o dokončených komponentách vlastního reaktoru tokamaku ITER, o jejich transportu z výrobních závodů na staveniště a jejich instalaci. Naposledy jsme psali o cívkách toroidálního pole a nyní se objevila zpráva o montáži vlastní vakuové toroidální komory. Komoru tvoří devět sektorů. Každý sektor je svařen ze čtyř segmentů. Sektory se vyrobí mimo staveniště a svaří se v tokamakové jámě. Nezbytnou pomůckou při operacích týkajících se vlastního tokamaku ITER je virtuální 3D zobrazení, kde tyto operace probíhají na nečisto.

Dne 7. září zahájila firma Hyundai Heavy Industries v Ulsanu v Jižní Koreji konečnou výrobní fázi sektoru č. 6 vakuové nádoby tokamaku ITER: montáž čtyř dokončených segmentů finální komponenty ve tvaru písmene D plus instalaci rozšíření horního a dolního hrdla portu. Na konci montáže tohoto prvního z devíti bude sektor vakuové nádoby tokamaku ITER o hmotnosti 440 tun připraven k odeslání do Francie.

Dokončené poloidální segmenty pro sektor číslo 6 byly dopraveny na připravenou platformu a vyrovnány. Dodavatel Korejské domácí agentury – společnost Hyundai Heavy Industries - pracoval ve dne v noci i o víkendech, aby dokončil veškerou činnost spojenou s montáží sektoru. Sváry vnitřního pláště byly hotovy za osm dní.

Impozantní pracovní plochy

Ve výrobním závodě korejského Ulsanu byl kolem montážní platformy, kde se staví blok pro první sektor vakuové komory tokamaku ITER, vyhrazen uzavřený čistý prostor pro čtyři poloidální segmenty o hmotnosti od 35 do 125 tun. Po smontování a svaření konečná komponenta – sektor vakuové komory ve tvaru písmene D - měřila 13,8 m na výšku, 6,6 m na šířku a 7,8 m na délku.

Všech devět sektorů potřebných k vytvoření celé toroidální vakuové komory tokamaku ITER se v současné době připravuje v továrnách dvou partnerů ITER - Korea (čtyři sektory) a Evropa (pět sektorů). Jako sektor naplánovaný coby první na staveništi tokamaku ITER má tu čest a úkol „postupovat první“ v každé fázi stavby. Zkušenosti získané v tomto sektoru (číslo 6) vydláždí cestu všem zbývajícím sektorům.

„Objevujeme novou zemi,“ říká ředitel projektu Kyungho Park v Hyundai. „Vakuová nádoba ITER je naprosto ojedinělá komponenta s velmi složitou geometrií, stovkami rozhraní s jinými komponentami a velmi přísnými požadavky na dodržování jaderné bezpečnosti. Každý krok procesu byl náročný, od výrobní kvalifikace a postupů, obrábění a svařování, k nedestruktivnímu zkoumání s tvrdými tolerancemi. Učíme se a řešíme problémy za chodu a dbáme na to, aby získané znalosti a zkušenosti byly dobrým vodítkem pro následující sektory.“

Virtuální montáž nanečisto

Musí být provedeno odhadem 1380 metrů svárů. Před zahájením provedl tým „virtuální montáž“, aby identifikoval oblasti, které vyžadují reverzní inženýrství (postup proti toku času) pro kompenzaci deformace a smrštění při svařování.

Vakuová nádoba je dvouvrstvá část tokamaku s mezerou o velikosti 34 cm až 75 cm mezi vnitřním a vnějším ocelovým pláštěm. „Prostor“ není správný název, protože meziprostor bude téměř zcela vyplněn stínicími bloky (desky z borité nerezové oceli), chladicím vodním potrubím a ocelovými podpůrnými žebry. Meziprostor sektoru 6 například obsahuje 850 bloků stínění a 850 podpůrných žeber.

Sestavení čtyř poloidálních segmentů do finální komponenty - sektoru ve tvaru písmene D - a instalace horních a dolních nástavců prodloužení čepů znamená ukončení výroby prvního sektoru vakuové nádoby tokamaku ITER. Po otestování bude 440tunová komponenta odeslána na staveniště ITER.

Nesplést pořadí!

Díky této složitosti je závěrečná fáze montáže sektoru velmi náročná. Činnosti se budou provádět v tomto pořadí: TIG svařování (elektrický oblouk s wolframovou elektrodou v atmosféře inertního plynu) vnitřní skořepiny (sváry s úplným průnikem = svár napříč celou tloušťkou svařovaných desek), následované přivařováním žeber pro zvýšení tuhosti (tzv. „T-žebra“), instalace vnitřního stínění stěn a poslední práce před ukončením - TIG svařování vnějšího pláště (opět sváry s úplným průnikem). Jako požadavek jaderné bezpečnosti je vyžadována stoprocentní objemová inspekce.

Proto, aby bylo možné dosáhnout přísných požadavků tolerance pro konečnou geometrii, provedl tým Hyundai - ve spolupráci s Organizací ITER a Projektovým týmem vakuové komory¹ - toto léto „virtuální napasování“ (virtual fitting), kdy všechna dostupná rozměrová měření dokončených poloidálních segmentů byla zpracována pomocí specializovaného softwaru (Space Analyzer) a virtuálně uzavřena. „Tento proces byl klíčový,“ vysvětluje Chang Ho Choi, který vede divizi vakuové komory tokamaku ITER. „Umožňuje dosažení náročných tolerancí oblastí, které vyžadují reverzní inženýrství, aby se kompenzovala deformace a smrštění při svařování.“

Od 7. do 15. září tým dokončil svařování vnitřních skořepin na všech poloidálních segmentech. Šest inspektorů projektového týmu, dva inspektoři schváleného notifikovaného orgánu² a oddělení kvality Hyundai prováděli průběžnou kontrolu kvality - ve dne i v noci – tak jak postupovala práce. Celkem bylo naplánováno 45 000 kontrolních míst a bylo vypracováno 500 výrobních dokumentů, včetně zpráv.

¹ Projektový tým vakuové komory (Vacuum Vessel Project Team) na pravidelných setkáních zaměstnanců evropských, korejských, indických a ruských domácích agentur (National Domestic Agency) se zaměstnanci Organizace ITER seznamuje auditorium se stavem prací a umožňuje tak zvyšovat efektivitu nákupu sektorů vakuové komory.

² Dohodnutý notifikovaný orgán (ANB) je soukromá společnost oprávněná francouzským jaderným regulátorem ASN k posuzování shody komponentů v kategorii tlakových zařízení (ESPN).