Die Kraft der Fusionsenergie nutzen

Nachbildung der Fusionsreaktion, die hier auf der Erde im Kern der Sonne stattfindet; Dies ist die Mission, die sich Wissenschaftler und Ingenieure mit ITER, einem der ehrgeizigsten Ingenieurprojekte der Menschheitsgeschichte, gestellt haben.

ITER, das für International Thermonuclear Experimental Reactor steht, umfasst die Zusammenarbeit von 35 Nationen und besteht in der Herstellung und dem Betrieb einer riesigen experimentellen Fusionsanlage namens Tokamak. ITER besteht aus einer Million Komponenten und zehn Millionen Teilen und ist auf die Nutzung von Fusionsenergie ausgelegt. Er wird der größte jemals gebaute Tokamak der Welt sein, mit einem Plasmaradius von 6,2 m und einem Vakuumbehälter von 840 m³, der Temperaturen von bis zu 150 Millionen Grad Celsius standhalten kann. Nicht weniger.

Ziel von ITER ist es, die Machbarkeit und Kosteneffizienz der Kernfusion als groß angelegte, kohlenstofffreie Energiequelle zu demonstrieren. Zu diesem Zweck ist der Tokamak des ITER-Projekts so konzipiert, dass er aus 50 MW zugeführter Heizleistung 500 MW Fusionsleistung erzeugt und so eine zehnfache Leistungsrendite (Q=10) erreicht.

Das kantabrische Unternehmen Equipos Nucleares, SA (ENSA) wurde mit der Entwicklung und dem Bau von Komponenten für das toroidale Vakuumgefäß des Tokamaks beauftragt. Das Projekt wird in 39 im Bau befindlichen Gebäuden und technischen Bereichen auf einem 180 Hektar großen Gelände in Cadarache, Südfrankreich, untergebracht sein. Das Herzstück der Anlage – das Tokamak-Gebäude – ist ein beeindruckender siebenstöckiger Bau aus Stahlbeton. Sobald die Gebäude baulich fertiggestellt sind, kann die Ausrüstung installiert und montiert werden.

Zweifellos erfordert die Kontrolle der Abmessungen eines 23.000 Tonnen schweren Tokamaks mit einem Durchmesser von 28 Metern während des Montageprozesses eine hochpräzise dreidimensionale Messausrüstung, um sicherzustellen, dass die genauen Toleranzen für den Maschinenbetrieb eingehalten werden.

Hier kommt der Beitrag von AsorCAD voll zur Geltung.

Der richtige Partner für exakte Maße

Das in Spanien ansässige Ingenieurbüro AsorCAD ist seit 25 Jahren für seine starke Spezialisierung auf 3D-Technologie bekannt. Aus diesem Grund hat ENSA AsorCAD gebeten, die 3D-Scan-, Reverse-Engineering- und Messarbeiten für den Bau des Kernfusionsreaktors des ITER-Projekts zu übernehmen.

Seit Anfang 2015 profitiert ENSA von der Expertise von AsorCAD. Gemeinsam konnten sie die Seitenkanten der neun Sektoren der Plasmakammer des Tokamaks, auch Torus genannt, scannen. Dies war eine wesentliche Aufgabe, denn da jeder Sektor separat hergestellt wird, müssen Verbindungsstücke entworfen werden, um die verschiedenen Abschnitte zu verbinden und sicherzustellen, dass sie nach dem Zusammenbau perfekt zusammenpassen.

Präzise 3D-Messungen für perfekte Passform

Um eine perfekte Passung der verschiedenen Abschnitte des Torus zu gewährleisten, verwendete AsorCAD den Creaform MetraSCAN 3D-Scanner für die toroidalen Komponenten und das MaxSHOT 3D-Photogrammetriesystem für die großformatigen Teile. Anschließend wurden einige Messungen mit dem HandyPROBE CMM, ebenfalls hergestellt von Creaform, überprüft.

Da diese 3D-Messgeräte keine starren Einrichtungsanforderungen erfordern, sind sie tragbar und äußerst zuverlässig für die Arbeit vor Ort. Ihre Messgenauigkeit ist unempfindlich gegenüber Instabilitäten der Umgebung, was bedeutet, dass sie nicht durch Bewegungen, Vibrationen oder Änderungen der Temperatur- oder Lichtverhältnisse beeinträchtigt werden. Diese Eigenschaften ermöglichten es AsorCAD, hochpräzise 3D-Scans und Messungen in den ENSA-Einrichtungen durchzuführen, ohne dass riesige Geräte transportiert werden mussten.

Nachdem die 3D-Scans der Seitenkanten jedes Torussektors genau erfasst wurden, verwendete AsorCAD die Software Geomagic Design X, um die entsprechenden CAD-Modelle zu erstellen.

Anschließend könnte ENSA durch Reverse Engineering Verbindungselemente mit genauen Abmessungen entwerfen, um die verschiedenen vorhandenen Abschnitte zu verbinden. AsorCAD nutzte erneut den 3D-Scanner MetraSCAN, um alle hergestellten Verbindungsteile zur Endkontrolle und Freigabe zu scannen.

Auf dem Weg zu kohlenstofffreier Energie

In Cadarache hat nun mit der Montage des toroidalen Vakuumbehälters des Tokamak begonnen. Die ersten Plasmatests werden für 2025 erwartet. Danach wird das ITER-Projekt weitergeführt, bis es sein Ziel erreicht, nämlich eine zehnfache Rendite der in das Plasma injizierten Energie (Q=10) zu erzielen, um die Realisierbarkeit der Kernfusion als nachhaltige, CO2-freie globale Energieversorgung.

Weitere Informationen: www.creaform3d.com

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