Sensores ópticos para una aplicación única en el experimento de fusión ITER

HBM ha firmado un contrato con ITER —la organización internacional de estudio de la energía de fusión nuclear— para el suministro de galgas extensométricas ópticas para el recipiente de vacío del reactor ITER. Ha sido uno de los pedidos individuales más importantes que ha recibido HBM, lo cual subraya la creciente importancia y las aplicaciones de las soluciones de fibra óptica. Está previsto desarrollarlo a lo largo de dos años.

Este contrato se suma a otros pedidos anteriores del ITER al consorcio formado por HBM FiberSensing y Smartec (una empresa de RocTest). Este consorcio ya había ganado la licitación del ITER relativa a la cualificación y el suministro de sistemas de sensores de fibra óptica basados en tecnología FBG (fibra con rejilla de Bragg) e interferómetros Fabry-Perot, para medir deformaciones, desplazamiento y temperatura en los imanes del Reactor Termonuclear Experimental.

El proyecto ITER: el camino hacia una nueva energía

El proyecto ITER de fusión es un experimento científico a gran escala que tiene el objetivo de desarrollar una fuente de energía novedosa, más limpia y sostenible, produciendo electricidad a partir de fusión nuclear, el proceso que se da en el interior del Sol. Para ello se requiere un Reactor Termonuclear Experimental, que se está construyendo en la localidad de Cadarache, en Francia. 

Cada segundo, el Sol convierte 600 millones de toneladas de hidrógeno en helio, liberando a la vez una ingente cantidad de energía. En el ITER, la reacción de fusión se llevará a cabo en un reactor tokamak, una máquina de fusión de próxima generación que utiliza campos magnéticos para contener un plasma caliente. El diseño emplea grandes imanes superconductores y está concebido para controlar la energía de fusión. La fusión de un átomo de deuterio y otro de tritio (D-T) producirá un núcleo de helio, un neutrón y energía. A continuación, esa energía se transformará en calor, que se empleará para producir vapor que, a su vez, generará electricidad mediante turbinas y alternadores.

Problema

Se necesitaban sistemas de sensores para las bobinas superconductoras y el recipiente de vacío del proyecto ITER. Los sensores deben trabajar en condiciones de alto vacío, radiación, fuertes campos electromagnéticos y temperaturas criogénicas.

 

Solución

El objetivo del primer contrato fue el suministro y la instalación de sensores ópticos capaces de soportar condiciones ambientales específicas en distintas estructuras mecánicas de imanes superconductores. En total, se desarrollaron, fabricaron y suministraron entre 500 y 900 sensores, con sus respectivos sistemas de adquisición de datos. 

 

Resultado

Este contrato se ejecutó con éxito. Como resultado, HBM acaba de firmar un nuevo contrato para la cualificación y el suministro de sistemas de sensores ópticos para el recipiente de vacío del ITER. 

Cualificación y suministro de sistemas de sensores ópticos para el recipiente de vacío

El recipiente de vacío del ITER es una compleja estructura con un peso de aproximadamente 5000 toneladas. Está situado dentro del criostato del reactor y su función básica consiste en funcionar como la cámara en la que se desarrolla la reacción de fusión. En el interior de este recipiente de forma toroidal, las partículas de plasma colisionan entre sí y liberan energía sin tocar ninguna de sus paredes, gracias a un proceso de confinamiento magnético. Este recipiente de vacío trabajará a una temperatura cercana a los 100 °C. En el interespacio, habrá agua a una presión nominal de 11 atmósferas, equivalente a la presión que existe a una profundidad de 110 metros. Debido a su tamaño y su complejidad, la construcción y la monitorización de esta gigantesca estructura requieren un alto grado de precisión.

Este proyecto ha conllevado una cantidad ingente de pruebas; por ello, HBM espera que los sensores cualificados para este programa tendrán también otras aplicaciones, en el propio ITER y también para otros clientes que necesiten hacer mediciones en entornos de alta temperatura, vacío y radiación.

Qualification and supply of optical sensing systems for superconducting magnets

En el marco del contrato anterior, HBM FiberSensing suministró sensores ópticos de deformación, desplazamiento y temperatura, que se instalarán en las bobinas y en las diferentes estructuras mecánicas de los imanes superconductores del ITER. La primera fase de los trabajos incluyó también la adaptación y cualificación de sensores ópticos, interrogadores y software para las condiciones específicas de esta aplicación, con temperaturas criogénicas de hasta 4 K, radiación y vacío. La segunda fase consistió en la producción en serie y el suministro de los sistemas sensores plenamente operativos. En total, se desarrollaron, fabricaron y suministraron entre 500 y 900 sensores, con sus respectivos sistemas de adquisición de datos y accesorios complementarios, como cables y software. El contrato se desglosó de la siguiente manera:

  • Fase 1: desarrollo y ensayos de sensores.
  • Fase 2: cualificación en entornos de alta radiación, alto vacío y temperaturas criogénicas/helio líquido. 2011-2014
  • Fase 3: industrialización, producción y suministro de los sensores. 2014-2017

Acerca del ITER

La finalidad del ITER consiste en llevar a cabo uno de los más importantes y ambiciosos proyectos científicos de la historia, mediante la colaboración de siete miembros internacionales: Corea del Sur, China, Estados Unidos, la India, Japón, Rusia y la Unión Europea. El proceso de firma de contrato de seguro internacional que cubre la construcción y el ensamblaje del ITER finalizó el 30 de noviembre de 2010.

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