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.