Kundenspezifische Messtechnik: HBK unterstützt ITER bei Fusionsexperimenten

Fünfunddreißig Nationen arbeiten zusammen, um den Nachweis für die Durchführbarkeit der Fusion als großmaßstäbliche und kohlenstofffreie Energiequelle zu erbringen. Diese Energiequelle basiert auf dem gleichen Prinzip, das die Sonne und die Sterne antreibt. Unter dem Einfluss von Hitze und Druck werden gasförmige Wasserstoffbrennstoffe zu Plasma – einem heißen, elektrisch geladenen Gas. Dieses Plasma liefert die Umgebung, in der zur Energiegewinnung leichte Elemente verschmelzen können. 

Tausende von Ingenieuren und Wissenschaftlern weltweit arbeiten für das ITER-Projekt, führen Berechnungen und Simulationen durch und planen den Aufbau. Zur Durchführung zusätzlicher Messungen, Überwachung wichtiger Parameter während des gesamten Versuchs und Validierung der erwarteten Berechnungen suchte ITER einen zuverlässigen Partner für Messungen am Vakuumbehälter.

Mit HBK hat ITER einen Partner gefunden, der Sensoren, Messverstärker und Software bereitstellt. Darüber hinaus verfügt HBK über viel Know-how und kann problemlos Standardteile modifizieren und komplette kundenspezifische Lösungen erstellen, um die spezifischen Anforderungen von ITER zu erfüllen, die oft bis an die physikalischen Grenzen gehen.

ITER benötigte eine ganz spezielle, maßgeschneiderte Sensorlösung zur Installation an der Außenseite des ITER-Vakuumbehälters, in dem die Fusionsreaktionen stattfinden. Dieser hermetisch verschlossene Stahlbehälter wird bei 100 °C betrieben und bei 200 °C gebacken, um eine saubere Umgebung für das extrem hohe Vakuum zu gewährleisten, das zur Erzeugung der Plasmen notwendig ist. Dieses Umfeld erfordert, dass die Sensoren unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der thermischen Alterung und der EMV-Prüfung erfüllen. Zudem müssen sie mit einer Umgebung mit extrem hohem Vakuum kompatibel sein, Strahlung standhalten und eine geringe magnetische Permeabilität aufweisen.

Zur Anpassung der Sensoren an die komplexen und speziellen Anforderungen, definierten ITER und HBK passende Sensorlösungen und überprüften diese in einem detaillierten Qualifizierungstestverfahren. Gemeinsam mit einem spezialisierten externen Partner entwickelte HBK sogar kundenspezifische Thermoelemente und prüfte diese ebenfalls im Rahmen eines detaillierten Qualifizierungstestverfahrens. Nach bestandener Qualifizierungsphase begann die Serienfertigung dieser kundenspezifischen Sensoren.

ITER benötigte eine Lösung zur Sicherstellung maximaler Flexibilität bei der Messung mit hohen Kanalzahlen. Da der Messverstärker MGCplus in einer 19-Zoll-Rack-Version mit 16 Messverstärkerkarten erhältlich ist, war er die richtige Lösung für die Anforderungen von ITER. 

Gemäß der gegebenen Konfiguration wurden insgesamt 36 MGCplus-Verstärker mit über 920 Kanälen zur Verfügung gestellt. Aufgrund der hohen Anforderungen an Genauigkeit und Kabellänge wurde für die auf Dehnungsmessstreifen basierenden Sensoren eine Kombination von ML30B und AP01i gewählt. Für die Messung von Thermoelementen entschied man sich für eine Kombination von ML801B und AP809, die 8 Messkanäle pro Steckplatz bietet. 

Aufgrund der EMV-Umgebung in der Tokamak-Anlage, in der die MGCplus-Verstärker installiert sind, definierten ITER und HBK gemeinsam ein klares Testverfahren für die Durchführung der zusätzlichen Tests im HBK-eigenen EMV-Labor, externen deutschen EMV-Labors und einem speziellen französischen Labor für sehr hohe Gleichstrom-Magnetfelder. 

Das MGCplus hat alle EMV-Tests bestanden und die EMV-Standardanforderungen mit Ausnahme des Tests für sehr hohe Gleichstrom-Magnetfelder weit übertroffen. Verschiedene Ansätze zur Bewältigung dieser Herausforderung wurden evaluiert und letztendlich wurde der erfolgversprechendste verfolgt.

Zur Gewährleistung der Langlebigkeit und Zuverlässigkeit entwickelte HBK eine maßgeschneiderte und passgenaue Lösung für ITER. Die gemeinsam mit einem externen Lieferanten, ITER und HBK entwickelte Lösung bestand darin, das MGCplus Netzteil herauszunehmen und in ein externes, abgeschirmtes Weicheisengehäuse einzubauen. Nach dieser Modifikation wurde der Test für hohe Gleichstrom-Magnetfelder wiederholt und das MGCplus bestand ihn problemlos.

Das ITER-Projekt wurde durch das HBK-Team für kundenspezifische Systeme (Custom Systems) abgewickelt, das für die Arbeit an Lösungen für Systeme mit hoher Kanalzahl, kundenspezifischen Messlösungen und speziellen Softwareanwendungen zuständig ist. Mit Hilfe des Teams für kundenspezifische Sensoren (Custom Sensors), das ITER mit den kundenspezifischen Dehnungsmessstreifen belieferte, und einem externen Partner, der kundenspezifische Thermoelemente herstellte, konnte sich ITER auf die eigene Anwendung konzentrieren und rechtzeitig eine perfekte und maßgeschneiderte messtechnische Lösung erhalten.

Das Team von Custom Systems übernahm die Projektleitung für ITER, d.h. es kümmerte sich um die Qualifizierungsphase, die Zusammenarbeit von externen Lieferanten und dem Team von Custom Sensors und die kundenspezifischen Anpassungen des Messverstärkers. Als selbstbewusster und zuverlässiger Partner konnte HBK sogar auf spontane Änderungen der Anforderungen reagieren und ohne große Verzögerungen die perfekt passenden Lösungen liefern. Nach der Endlieferung unterstützt HBK ITER mit seinem lokalen Service vor Ort bei der korrekten Installation der Messtechnik, damit die ersten Messungen schnell und zuverlässig durchgeführt werden können.