Uutta tekniikkaa ITER-fuusioreaktorin sisäseinien puhdistukseen
Kehitteillä etäohjattava puhdistuslaite myös teollisuuden tarpeisiin
VTT ja pinnoitteisiin erikoistunut DIARC-Technology Oy ovat kehittäneet lupaavia tekniikoita ITER-fuusioreaktorin seinäkomponenttien puhdistamiseen mm. radioaktiivisesta tritiumista, jonka määrä reaktorissa on pidettävä tietyn turvarajan alapuolella.
Etelä-Ranskaan rakenteilla olevan ITER-fuusioreaktorin teknologialta edellytetään paljon, sillä sen avulla hallitaan sadassa miljoonassa celsiusasteessa palavaa fuusioplasmaa. Lisähaasteita tulee siitä, että ensimmäisenä kuuman plasman vastaanottava pinta, ns. ensiseinä, on pidettävä alle 300 asteen lämpötilassa.
Ajan myötä seinäkomponentit kuluvat, ja pinnasta irronnut materiaali voi plasman mukana kulkeutuessaan muodostaa kerrostumia, joissa on runsaasti tritiumia. Hyväksi tekniikaksi tritiumongelman ratkaisemiseen on osoittautunut reaktorin seinäpintojen puhdistaminen plasma- tai kaaripurkauksien avulla.
Lupaavin teknologinen ratkaisu ITERiin näyttää VTT:n tutkimuksen perusteella olevan laite, jossa on vaihtopää plasma- ja kaaripurkauspuhdistusta varten. Kaaripurkauksella hoidetaan laajat yhtenäiset alueet ja plasmapuhdistuksella käydään läpi tarkkuutta vaativat kohdat sekä reaktorin sisällä olevat, fuusioplasman ominaisuuksien ja käyttäytymisen tutkimiseen tarvittavat diagnostiikkapeilit.
Kaaripurkausmenetelmässä voimakas sähkökenttäpulssi sytyttää hitsausliekin tapaisen purkauksen puhdistettavan pinnan läheisyyteen ja prosessissa irronnut materiaali suuntautuu plasmapilvenä poispäin pinnasta. Irronnut materiaali kerätään talteen terässylinteriin, joka hävitetään muun radioaktiivisen jätteen mukana puhdistuksen jälkeen. Kaaripurkauspuhdistusta varten on rakennettu demolaite, joka pystyy muutamassa minuutissa puhdistamaan A4-paperiarkin kokoisen pinnan muutaman mikrometrin paksuisista kerrostumista. Tällaiset kerrostumat ovat todennäköisesti vastassa ITERin reaktorikammion seinillä.
Plasmapuhdistuksessa pintaa pommitetaan ionisuihkulla, joka pikku hiljaa poistaa pinnasta epäpuhtauksia. Tekniikka sopii erityisesti peilimäisten tai sileiden pintojen hellävaraiseen puhdistamiseen. Myös plasmapuhdistuksessa tarvitaan terässylinteri keräämään irronnut materiaali.
Puhdistusmenetelmät ovat tehokkaimmillaan tyhjiössä, mutta niitä voi soveltaa missä paineolosuhteissa hyvänsä. Tällä hetkellä tavoitteena on kehittää kompakti, robottikäsien avulla etäohjattava puhdistuslaite. Laite soveltuisi sellaisenaan erinomaisesti myös teollisuuden tarpeisiin tilanteissa, joissa vaikeasti lähestyttäviä komponentteja pitää puhdistaa pidentämättä huoltoseisokkia.
ITER-reaktorin huollossa etäoperoinnilla ja virtuaalitekniikoilla on keskeinen sija, ja niillä on laajemmaltikin sovellusmahdollisuuksia myös teollisuudessa. Euroopan fuusio-ohjelman huoltorobotin täyden mittakaavan kokoinen tutkimusympäristö sijaitsee Tampereella VTT:n tiloissa.
ITER toteutetaan maailmanlaajuisena hankkeena, jossa mukana ovat mm. EU:n lisäksi Venäjä, Japani, Kiina, Etelä-Korea, USA ja Intia.
Lisää tuloksia Fuusio-vuosikirjassa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2014/S54.pdf
Tuloksia esitellään myös 29.9.–3.10.2014 järjestettävässä, 28th Symposium on Fusion Technology (SOFT) -konferenssissa Espanjassa.
Lisätietoja:
VTT
Antti Hakola, erikoistutkija
Puh. 0400 102 840
antti.hakola@vtt.fi
Lisätietoja VTT:stä:
Olli Ernvall
Viestintäjohtaja
puh. 040 840 0288
olli.ernvall@vtt.fi
www.vtt.fi
VTT (Teknologian tutkimuskeskus VTT) on kansainvälisesti verkottunut, moniteknologinen tutkimuskeskus, joka tuottaa asiakkailleen korkeatasoisia teknologisia ratkaisuja ja innovaatiopalveluja. VTT lisää asiakkaidensa kansainvälistä kilpailukykyä ja edistää näin yhteiskunnan kestävää kehitystä, työllisyyttä ja hyvinvointia. Joka kolmas suomalainen korkean teknologian innovaatio sisältää VTT:n osaamista. VTT:llä työskentelee 2900 eri alojen asiantuntijaa. VTT:n liikevaihto on 310 M€. VTT:n päätoimipisteet Suomessa ovat Espoossa, Tampereella, Oulussa ja Jyväskylässä.
Avainsanat: