O zařízení HELCZA

HELCZA je experimentální testovací zařízení určené

pro cyklické namáhání vysokým tepelným tokem


Zařízení je vybaveno elektronovým dělem s maximálním výkonem 800 kW a při maximálním urychlovacím napětí 55 kV dosahuje proud elektronů hodnoty přes 14 A. HELCZA je primárně určena k testování tzv. plasma-facing komponent (komponenty přímo vystavené horkému plazmatu) určených pro experimentální fúzní reaktor ITER. Konkrétně se jedná o panely první stěny, bloky divertoru a stínění ICRF antén.

Tyto komponenty mají testovací plochu až 2,2 m2, která ve fúzním reaktoru ITER může být vystavena tepelnému toku až 20 MW/m2. Velikost povrchu, který lze v zařízení HELCZA testovat, přesahuje 4 m2 (v závislosti na geometrii testovaného vzorku). Skenovací frekvence paprsku 20 kHz v horizontálním i vertikálním směru a rozptylový úhel ±40° od osy děla zaručují rovnoměrné zahřívání povrchu vzorku.

Zařízení HELCZA je vybaveno 3D kinematickým systémem pro naklápění a rotaci testovaného vzorku, což umožňuje nastavení úhlu dopadu paprsku vůči testovanému povrchu. Držák vzorků s připojením chladicí vody vzorku umožňuje automatické programovatelné polohování během testu a má nosnost až jednu tunu. Uchycení a transport testovaných vzorků jsou prováděny pomocí speciálního manipulátoru a jeřábů. Vakuová nádoba má objem ≈ 13 m3. Testování probíhá ve vysokém vakuu při tlaku 10-3–10-1 Pa.

Vysokého vakua je dosaženo kryogenními vývěvami v kombinaci s mechanickými vývěvami, konstantní tlak je pak udržován připouštěním pracovního plynu (N2). Maximální parametry chladicí vody, které je schopno zařízení poskytnout, jsou teplota 320 °C, tlak 15 MPa a průtok 40 m3/h. Standardními parametry chladicí vody jsou teploty do 150 °C, tlak do 5 MPa a průtok do 40 m3/h. Například pro testování panelu první stěny ITERu jsou parametry chladicí vody: vstupní teplota 70 °C, tlak na vstupu 3,16 MPa a průtok 21 m3/h.

Diagnostika a řízení

Všechna technologická zařízení jsou monitorována a řízena centrálním diagnostickým a řídicím systémem. Hlavními sledovanými parametry vzorku jsou povrchová teplota, kalorimetrické měření absorbovaného tepelného toku a další parametry testovaného vzorku (např. homogenita aplikovaného tepelného toku) a parametry související s ochranou zařízení (např. prudký nárůst tlaku uvnitř vakuové komory, ztráta tlaku chlazení, přehřátí vakuové komory atd.). Diagnostika na zařízení HELCZA obsahuje infračervené kamery, kamery s vysokým rozlišením, rentgenovou kameru, jedno a dvoubarevné pyrometry, termočlánky, průtokoměry a tlakoměry. Infračervené kamery jsou dvojího typu. Středovlnné infračervené kamery (MWIR) monitorují teplotu povrchu

v spektrálním rozsahu 3–5 µm od 0 °C do 2 000 °C při rozlišení

1024 × 1024 pixelů.

Dlouhovlnné infračervené kamery (LWIR) monitorují teplotu povrchu

v spektrálním rozsahu 7,5–14 µm od 0 °C do 2 000 °C při rozlišení

1024 × 768 pixelů. Dále pak jednobarevný pyrometr monitorující teploty povrchů od 0 °C do 1 000 °C, první typ dvoubarevného pyrometru měřící teploty povrchů od 500 °C do 1 400 °C a druhý typ dvoubarevného pyrometru měřící povrchové teploty od 750 °C do 2 400 °C. Rentgenová kamera nám umožňuje sledovat polohu elektronového svazku

na povrchu vzorku pomocí zpětně odraženého rentgenového záření.

Z toho důvodu je rentgenová kamera využita jako hlavní diagnostika

pro monitorování homogenity aplikovaného tepelného toku. Kamera

s vysokým rozlišením sledující testovanou oblast ve viditelném spektru umožňuje pořizovat záznamy při rozlišení 2560 × 2160 pixelů.

Kontrolované pásmo

Speciální chemické kontrolované pásmo se skládá z několika vzájemně propojených místností. Tyto místnosti byly navrženy tak, aby se minimalizovalo šíření toxických částic mezi nimi a aby se především zabránilo kontaminaci okolního prostředí. Výkonný vzduchotechnický systém s HEPA filtrací umožňuje nastavení diferenčních podtlaků pro každou místnost tak, aby byla kontaminace soustředěna v prostorách, kde dochází k hlavnímu uvolňování těchto částic, mezi které patří zejména místnost s vakuovou nádobou zařízení HELCZA. Tento systém propojených místností se ukazuje jako vhodný pro práci s karcinogenním berylliem ve formě prachových částic, které se uvolňují při tepelném namáhání panelů první stěny ITER vysokým tepelným tokem.

S cílem zajištění bezpečnosti v chemickém kontrolovaném pásmu, byla vybudována analyzační laboratoř. Laboratoř je zaměřena především na analýzy beryllia metodami NIOSH 9110 a 7102. Pro tento účel je laboratoř vybavena UV-VIS spektrofotometrem schopným měřit fluorescenci a atomovým absorpčním spektrometrem s elektrotermickou atomizací. V případě měření beryllia, je laboratoř zapojena do programu BePAT (Beryllium Proficiency Analytical Testing), který je nezávislý program pro ověření kvality pro laboratoře měřící beryllium.