Výzkumná infrastruktura > Experimentální zařízení > TW3

TW3

Boční pohled (bez ozařovacího obalu) na mock-upy v sondě TW3

Úkol TW3-TVB-INPILE, jenž byl zadán Asociaci EUROATOM –IPP.CR od European Fusion Development Agreement (EFDA), se zaměřuje na vývoj a provoz aktivního zařízení, jenž by v podmínkách radiační zátěže (kombinované pole neutronů a gama záření) cyklicky namáhalo ozařované mock-upy tepelným tokem okolo 50 W/cm2. V rámci Asociace EUROATOM – IPP.CR byl úkol zadán k řešení do ÚJV Řež a.s., protože tento ústav jako jediný v rámci Asociace disponoval vhodným neutronovým zdrojem, výzkumným reaktorem LVR-15. V rámci reorganizace a přesunu celého řešitelského týmu úkolu TW3-TVB-INPILE a provozu reaktoru LVR-15 z ÚJV Řež a.s. do CVŘ s.r.o. přešlo řešení úkolu od ledna 2011 do Centra Výzkumu Řež s.r.o.

Zavážení sondy TW3 do reaktoru LVR-15

Řešitelský tým úkolu TW3-TVB-INPILE má dlouholeté zkušenosti s cyklickým testováním mock-upů primární stěny fúzního tokamaku ITER: v rámci úkolů TW4-TVB-TFTEST2 a TW6-TVM-TFTEST navrhl, zkonstruoval a zprovoznil neaktivní zařízení BESTH, které dlouhodobě testovalo cyklickým tepelným tokem mock-upy primární stěny fúzního tokamaku ITER mimo neutronové pole. V rámci provozu zařízení BESTH bylo otestováno 6 mock-upů od dodavatelů z USA, EU, Ruské federace, Jižní Koreje a Číny. Zařízení BESTH, stejně jako sonda TW3, jsou postaveny na principu nekontaktního ohřevu mock-upů ohmickým ohřevem, který je generován grafitovým topným panelem. Princip obou zařízení se dá připodobnit střídavě vypínané a zapínané „staré“ žárovce s wolframovým drátkem: při připojení napětí se topné těleso rozžhaví a generuje tepelný výkon. Ten je přes úzkou heliovou mezeru předáván do vzorku; teplo prostupuje vzorkem do chladicí vody a je odváděno mimo vzorek.

Sonda TW3 je připravená na vložení do bazénu reaktoru LVR-15

Protože je napětí na topný panel přiváděno v cyklech o délce cca. 6-7 minut a generovaný tepelný výkon je dostatečný, jsou takto simulovány pulzy fúzního výkonu a testuje se, zdali vzorek, resp. spoj mezi beryliem a slitinou CuCrZr, vydrží toto cyklické namáhání. Berylium, které slouží jako „plasma-facing material“ (materiál, který je v tokamaku nejblíže plazmě), je spojeno se slitinou CuCrZr pomocí HIP spoje (HIP = izostatické lisování za tepla), což je vlastně difúzní slisování dvou různých prvků. Právě tento spoj je kritickým místem kde může dojít k uvolnění beryliové destičky a proto je nutné testovat jeho výdrž a to jak v neaktivním (bez radiace), tak aktivním provozu.

Harmonogram spouštění TW3

Sonda TW3 po vložení do aktivní zóny reaktoru LVR-15 (připojena modrým a červeným kabelem)

Sonda TW3 byla v minulých letech vyvinuta v Řeži a před vložením do reaktoru LVR-15 podstoupila sérii neaktivních testů. Na jejich základě byla na SÚJB dne 19. dubna 2011 podána žádost o povolení instalace sondy TW3 do reaktoru LVR-15. SÚJB toto povolení vydal dne 9. září 2011 pod identifikačním číslem SUJB/OAP/18713/2011.

Po vložení sondy TW3 do aktivní zóny reaktoru LVR-15, ke kterému došlo 16. ledna, následovala série testů. Posledním krokem před spuštění na nominální výkon 9.2 kW byla kalibrace radiačního ohřevu sondy: reaktor LVR-15 zvyšoval svůj výkon v krocích.
Kritického stavu reaktoru při nulovém výkonu bylo dosaženo 19. ledna v 9.00.

  • 2 MW tepelného výkonu (20 % nominálního výkonu) bylo dosaženo v 9.20.
  • 4,5 MW tepelného výkonu (45 % nominálního výkonu) bylo dosaženo v 9.33.
  • 7 MW tepelného výkonu (70 % nominálního výkonu) bylo dosaženo v 9.47.
  • 8,5 MW tepelného výkonu (85 % nominálního výkonu) bylo dosaženo v 10.03.
  • 10 MW tepelného výkonu (100 % nominálního výkonu) bylo dosaženo v 10.14.

Všechny tyto kroky byly prováděny bez elektrického ohřevu sondy – ten byl zahájen 11:35 a podobně jako výkon reaktoru byl zvyšován postupně:

  • výkon 1 kW byl zadán v 11.35;
  • výkon 2 kW byl zadán v 11.50;
  • výkon 4 kW byl zadán v 12.10;
  • výkon 6 kW byl zadán v 12.30;
  • výkon 8 kW byl zadán v 12.51;
  • plný výkon 9,2 kW byl zadán 13.10 a od té doby sonda tento výkon udržovala.

Cíle TW3

Cílem úkolu TW3-TVB-INPILE je dosáhnout 20 000 cyklů (o délce 7 minut) při dosažení tepelného toku 50 W/cm2 po dobu 3 minut v každém cyklu. Dalším kritériem je dosažení dávky 0,6 dpa. Aby sonda těchto parametrů dosáhla, je její provoz v reaktoru LVR-15 plánován minimálně do května 2012.

Poté bude sonda odebrána z aktivní zóny a v horkých komorách rozřezána aby ozařované vzorky mohly být odeslány na další testování do Forschungszentrum Jülich GmbH (FZJ) do zařízení JUDITH I.

Kartogram zóny K136 kam byla sonda TW3 poprvé vložena

Hustota toku tepelných neutronů v polovině výšky aktivní zóny se sondou TW3

Hustota toku rychlých neutronů v polovině výšky aktivní zóny se sondou TW3