instrumentação avançada para o iter bruno soares gonçalves instituto de plasmas e fusão nuclear

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


ITER

Manipulação remota de contentores para as “Hot Cells”

Transfer Cask System (TCS) = Air-cushion Transfer System (ATS) + Pallet + Cask Envelope

Hot Cell building


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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!


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


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

http://www.ipfn.ist.utl.pt/

http://www.efda.org/

http://www.jet.efda.org/

http://www.iter.or/

http://www.iter.or/

http://www.iter.org/

http://fusionforenergy.europa.eu/

http://iter.cfn.ist.utl.pt/Empresas

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