Nutzung der Kraft von Fusionsenergie – ein Traum wird Wirklichkeit

Die Fusionsreaktion im Kern der Sonne hier auf der Erde nachzubilden – das ist die Aufgabe, die sich Wissenschaftler und Ingenieure mit ITER gestellt haben, einem der ehrgeizigsten technischen Projekte der Menschheitsgeschichte.

ITER, die Abkürzung für International Thermonuclear Experimental Reactor (Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor), ist ein Projekt, an dem 35 Nationen beteiligt sind und das in der Errichtung und dem Betrieb eines riesigen experimentellen Fusionsgeräts, eines Tokamaks, besteht. Der aus einer Million Komponenten und zehn Millionen Teilen bestehende ITER, der die Fusionsenergie nutzbar machen soll, 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.

Ziel des ITER-Projekts ist es, die Durchführbarkeit und Kosteneffizienz der Kernfusion als kohlenstofffreie Energiequelle in großem Maßstab zu demonstrieren. Zu diesem Zweck ist der Tokamak des ITER-Projekts darauf ausgelegt, aus 50 MW zugeführter Heizleistung 500 MW Fusionsenergie zu erzeugen und so eine zehnfache Energieausbeute (Q=10) zu erreichen.

Das kantabrische Unternehmen Equipos Nucleares, S.A., (ENSA) wurde mit der Konstruktion und dem Bau von Komponenten für den toroidalen Vakuumbehälter des Tokamaks beauftragt. Das Projekt wird in neununddreißig Gebäuden und technischen Bereichen untergebracht, die auf einem 180 Hektar großen Gelände in Cadarache, Südfrankreich, errichtet werden. Das Herzstück der Anlage, das Tokamak-Gebäude, ist ein beeindruckender siebenstöckiger Bau aus Stahlbeton. Sobald die Gebäude baulich fertiggestellt sind, können die Maschinen und Geräte installiert und montiert werden.

Die Kontrolle der Abmessungen eines 23.000 Tonnen schweren Tokamaks mit einem Durchmesser von 28 m während des Montageprozesses erfordert zweifellos hochpräzise 3D-Messgeräte, um sicherzustellen, dass die exakten Toleranzen für den Maschinenbetrieb eingehalten werden.

Und genau hier leistet AsorCAD einen wertvollen Beitrag.

Der richtige Partner für genaue Abmessungen

In den letzten 25 Jahren ist das in Spanien ansässige Ingenieurbüro AsorCAD für seine starke Spezialisierung auf die 3D-Technologie bekannt geworden. Aus diesem Grund beauftragte ENSA AsorCAD mit der Durchführung von 3D-Scans, Reverse Engineering und Messtechnikaufgaben im Rahmen des Baus des Kernfusionsreaktors des ITER-Projekts.

Seit Anfang 2015 nutzt ENSA die Fachkenntnisse von AsorCAD. Gemeinsam waren sie in der Lage, die seitlichen Kanten der neun Abschnitte der Plasmakammer des Tokamaks, auch Torus genannt, zu scannen. Dies war eine wichtige Aufgabe. Da jeder Abschnitt 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 Passgenauigkeit

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

Da sie keine starren Einrichtungsvorgaben haben, sind diese 3D-Messgeräte tragbar und sehr zuverlässig für die Arbeit vor Ort. Ihre Messgenauigkeit ist unempfindlich gegenüber den Instabilitäten der Umgebung, was bedeutet, dass sie nicht durch Bewegungen, Vibrationen, Temperaturschwankungen oder Lichtverhältnisse beeinträchtigt werden. Diese Eigenschaften ermöglichten es AsorCAD, hochgenaue 3D-Scans und Messungen in den ENSA-Einrichtungen durchzuführen, ohne riesige Geräte transportieren zu müssen.

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

Anschließend konnte ENSA durch Reverse Engineering Verbindungselemente mit exakten Abmessungen entwerfen, um die verschiedenen vorhandenen Abschnitte zu verbinden. AsorCAD setzte erneut den MetraSCAN 3D-Scanner ein, um alle hergestellten Verbindungsstücke zur Endkontrolle und Freigabe zu scannen.

Auf dem Weg zur kohlenstofffreien Energie

In Cadarache wurde mit der Montage des toroidalen Vakuumbehälters des Tokamaks begonnen. Die ersten Plasmatests werden voraussichtlich im Jahr 2025 stattfinden. Danach wird das ITER-Projekt fortgesetzt, bis es sein Ziel erreicht hat, nämlich eine zehnfache Energieausbeute aus dem Plasma (Q=10) zu erzielen, um die Machbarkeit der Kernfusion als nachhaltige, kohlenstofffreie globale Energieversorgung zu demonstrieren. Bis dahin kann sich das ITER-Projekt weiterhin auf seine wertvollen Partner und Berater, wie AsorCAD und Creaform, verlassen.