Instrumentação avançada para o ITER
Bruno Soares GonçalvesInstituto de Plasmas e Fusão Nuclear
2B. Gonçalves03 Julho 2008 B. Gonçalves
ITER:tecnologias de ponta
A construção do ITER é um grande desafio tecnológico em muitos casos para além do estado-da-arte– necessário recorrer a tecnologias de ponta em vários domínios
• Engenharias mecânica, eléctrica e electrónica• Modelização em computador• Tecnologias de plasma e diagnósticos• Fontes e electrónica de potência• Bobines• Sistemas criogénicos• Supercondutores• Tecnologias de informação• Aquisição de dados• Sistemas, tecnologias e contentores de vácuo• Materiais avançados resistentes a neutrões• Feixes de neutros e sistemas de micro-ondas• Robótica
O ITER é uma instalação nuclear– Segurança, gestão de qualidade, uso de componentes resistentes a radiação e
manipulação remota são requisitos fundamentais
Intervenção por manipulação remota no interior do JET
3B. Gonçalves03 Julho 2008
ITER:Participação portuguesa
Portugal pretende ter uma participação significativa neste projecto
No passado participámos:• Concepção de diagnósticos• Air-cushion para transporte de componentes
De futuro pretendemos trabalhar em:• Monitorização de soldaduras da Câmara de vácuo (ISQ)• Manipulação remota (parceiros: IPFN, ISR-Lisboa. ISR-Coimbra, Active Space
Technologies, EFACEC, …)– optimização das trajectórias do veículo autónomo de transporte de componentes
para as “hot cells”– Laboratório de teste do protótipo do veículo autónomo de transporte (à escala 1:1) e
treino de pessoal especializado em manipulação remota– Sistemas de visão (câmara de vácuo, “hot cells”, Acessos, etc)
• Controlo e aquisição de dados (parceiros: IPFN, Ciemat, Critical Software, Indra,…)– CODAC
• Diagnósticos (IPFN)– reflectómetro de posição do plasma
A participação neste projecto constituirá uma excelente oportunidade para as unidades de investigação e empresas
4B. Gonçalves03 Julho 2008
ITER
Manipulação remota de contentores para as “Hot Cells”
Transfer Cask System (TCS) = Air-cushion Transfer System (ATS) + Pallet + Cask Envelope
Hot Cell building
5B. Gonçalves03 Julho 2008
Plataforma móvel aero-deslizadora:Desafios tecnológicos
5 compressores6 baterias
Veículo com sistema de locomoção sustentado em almofada de ar
• Sem carga: 8-9 T / Com carga: 100 T• Dimensões: 8 x 2.5 m• Operação Remota vs Navegação
autónoma• Resistência à radiação• Operação em espaços confinados• Realidade virtual/ realidade aumentada• Resgate em caso de avaria
Fazer Fusão Nuclear
6B. Gonçalves03 Julho 2008
CAD model of lower level
?
?? O IPFN, juntamente com os seus parceiros, pretende trabalhar nas seguintes áreas:
• Simulação e optimização das trajectórias
• Desenvolvimento de modelos de Realidade virtual e HMI
• Montagem dum laboratório de teste à escala 1:1 para teste do protótipo do veículo e sistemas monitorização
• Treino de pessoal qualificado
Plataforma móvel aero-deslizadora:áreas de trabalho
7B. Gonçalves03 Julho 2008
Conversão por Software em tempo realConversão por Software em tempo real
O ambiente do ITER é particularmente hostil para a instalação de sistemas de visão, devido à radiação, temperaturas elevadas e ausência de luz .
• Sistemas convencionais de observação (e.g. sensores CCD) sofrem uma degradação acelerada
Desafio tecnológico: desenvolver soluções para a vigilância remota e inspecção das instalações do ITER, incluindo a câmara de vácuo e as “hot cells”
Solução proposta: câmaras omnidireccionais com• Visão panorâmica sem sistemas motorizados• Resultados em tempo real• Tecnologias vidicon para ambientes radioactivos
Sistemas de Visão
360º em apenas um disparo
8B. Gonçalves03 Julho 2008
ITER CODAC: Controlo, Aquisição de Dados e Comunicações
• O CODAC integra todos os sistemas do ITER
• Inclui várias redes:
– Operação
– Protecção
– Segurança
• As funções do CODAC são como as dos tokamaks actuais mas terão de ter em conta todos os requisitos de segurança
Typical CODAC Functions
Time & Synchronisation
Data Access
Gateway
Safety NetworkCODAC Network
Interlock Network
Coil power supply & distribution
system
TF coil system
PF coil system
Correction coil system
CS coil system
Diagnostic systems
Additional heating & power supply systems
Gas inj. system
Pellet injector system
Remote handling system
Component cooling & chilled
water system
Tokamak cooling water
system
Heat rejection system
Tritium plant
system
Cryoplant system
Glow discharge system
Radiation & Environmental
monitoring system
Cryostat & VV pressure suppression
system
FPSS VVPSS
Access control
ECH&CD system
NBH&CD system
ICH&CD system
LHH&CD system
Experiment Sites
Central Interlock System
Steady state power supply
system
Vacuum pumping system
Magnet I&C
system
Miscellaneous instrumentation
systems
Liquid distribution
Gas distribution & compressors
Central Safety System
Plant Monitoring
Operation Scheduling
Plant Operation
9B. Gonçalves03 Julho 2008
O ITER irá gerar uma enorme quantidade de dados experimentais
– 120 sistemas– 1 000 000 de canais para diagnósticos– 300 000 canais para controlo lento– 5 000 canais para controlo rápido– 40 sistemas de CODAC– 5 Gb/s de dados– 3Pb/year de dados (e.g. 12 câmeras IR numa descarga de 10
minutos: 1.728 TBytes. Ainda assim menos que o LHC)
Hardware e software terão de ser testados antes de implementação para garantir funcionalidade e integração simplificada no CODAC do ITER
ITER CODAC:Desafios
10B. Gonçalves03 Julho 2008
Plant System
Plant System Host
Subsystem
CODAC Networks
Plant System Simulator
CODAC System #1
Plant Monitoring
Data Storage
Mini-CODAC
Synchronous DataBus
Tools for Plant System Simulator Development
Tools for Plant System Host Development
CODAC System #n
CODAC
I&C Bridge
ITER CODAC:visão esquemática
O design conceptual necessita de validação• Sistema de teste (emulador dum “Plant System”), baseado em ATCA, proposto ao ITER pelo IPFN
11B. Gonçalves03 Julho 2008
ITER CODAC:Sistema de Teste
O Sistema de Teste será desenvolvido pelo IPFN, sob contrato directo com o ITER, com o objectivo de:
• testar a funcionalidade do CODAC
• identificar problemas que possam surgir durante a integração de sistemas.
• auxiliar a elaboração de especificações técnicas de todos os sistemas
Será implementado em ATCA, com tecnologia desenvolvida no IPFN, e incluirá
• Controlo local e operação autónoma
• Armazenamento local de dados
• MIMO com diferentes frequências
• Temporização, mensagens e interfaces de rede
12B. Gonçalves03 Julho 2008
ITER CODAC:Controlo local
Especificação do interface dos sistemas de controlo do LIDAR
Controlador local do sistema
Outros Controladores
– Sistemas de alinhamento óptico
– Laser
– Sistemas de detecção
Interfaces de alinhamento dos Lasers
Unidades de monitorização
– janelas
– janela interna
Software de controlo e monitorização
Radial Port Labyrinth
Primary Vacuum Window
Cryostat Window
Biological Shield Labyrinth
Beam Combiner
532 nm Lasers
Calibration Laser
1064 nm Lasers
PLASMA
VACUUMVESSEL
CRYOSTAT
PIT
M4
M5
LinearServomotors
Linear Servomotors
Alignment Optics Feedback Controller
CCCD
PIT RELAYS
Laser Alignment Feedback Controller
CCCD
CCCD Blanket
penetration
Primary imaging mirror
Laser Controller
Filter Spectometer
Gated Fast Detectors
(MCP PMTs)
Data Acquisition 20 GSPS, 10-bit,
6 GHz, 500 ps
Collected LightTransmission Line
Laser Transmission
Line
Detection System
Controller
LOCAL CONTROL
Windows Monitoring Unit
Inner-Wall Monitoring Unit(to be defined)
7 beams1 beam
7 beams
CCCD Back wall
2 cameras
XY axisXY axis
Laser control, triggering, fault detection and monitoring lines
12
13B. Gonçalves03 Julho 2008
O reflectómetro de posição é um diagnóstico essencial para controlo da posição do plasma – as distâncias da coluna de plasma às
paredes são determinadas em tempo-real recorrendo a redes neuronais
Consiste em 5 reflectómetros de micro-ondas a operar na gama de frequências 15-60 GHz.
Presentemente o IPFN lidera um grupo de Associações para o desenvolvimento e integração do diagnóstico
gap 5
gap 4
gap 6 gap 3
Diagnósticos para o ITER:Reflectómetro de posição
14B. Gonçalves03 Julho 2008
O seu desenvolvimento envolve• Desenvolvimento tecnológico
– Guias
– Componentes de micro-ondas
• Design de Engenharia• Integração no tokamak• Análise de desempenho• Modelização
Circular
Hiperbolic secant
Diagnósticos para o ITER:Reflectómetro de posição
2D full-wave simulations
15B. Gonçalves03 Julho 2008
Sumário
O desenvolvimento de instrumentação para o ITER é um enorme desafio tecnológico e muitas tecnologias estão para além do estado-da-arte
Apesar de ainda não existirem contratos, foram identificadas várias áreas onde Portugal pode ter uma participação significativa
• Mecânica de precisão • Manipulação remota
– Desenvolvimento do veículo autónomo de transporte de componentes– Laboratório de teste do protótipo à escala 1:1– Realidade virtual e HMI– Sistemas de visão
• Controlo e aquisição de Dados• Design e integração de diagnósticos
Possibilidade da participação portuguesa, coordenada pelo IPFN, com outras instituições de investigação e empresas
Estamos a abertos à colaboração com as empresas portuguesas!
16B. Gonçalves03 Julho 2008
Contamos com o apoio das Unidades de Investigação e Empresas portuguesas para a participação no maior projecto
tecnológico do séc. XXI
Contribuidores C. Varandas, F. Serra, A. Vale, I. Ribeiro, J. Sousa, E. Manso, P. Varela, A. Silva
17B. Gonçalves03 Julho 2008
Mais informações sobre
Participação portuguesa no Programa Europeu de Fusão
http://www.ipfn.ist.utl.pt
Programa Europeu de Fusão
http://www.efda.org
http://www.jet.efda.org
ITER
http://www.iter.org
Participação Europeia no ITER
http://fusionforenergy.europa.eu/
Participação das empresas portuguesas no ITER
http://iter.cfn.ist.utl.pt/Empresas
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