Enerjinin Geleceği

ASG Superconductors - Italy

Muazzam miktarda enerji üretme kapasitesine sahip yeryüzündeki minyatür güneş. Gezegenimizin hızlı ve karşı konulmaz şekilde artan enerji ihtiyacına kaynak sağlamak için gerekli temiz, güvenli, kontrol edilebilir enerji. Nükleer reaksiyon süreci son derece yaygın, ucuz ve kolaylıkla temin edilebilir bir ham madde tarafından beslenir: deniz suyu hidrojeni. Bu reaksiyonu kontrol ederken neredeyse hiç risk olmamasının yanı sıra çevre, insanlar ve hayvanlar için göz ardı edilebilir seviyede zararlı atık üretimi.

Füzyon yoluyla enerji üretiminin sentezi bunların çok daha fazlasıdır; Güneşe enerji veren fiziksel fenomen. Nesiller boyunca bilginlerce gözlenen ve 1930’larda çok küçük ölçekte yeniden kopyalanan bu olay, fizik ve teknolojideki ilerlemeler sayesinde gerçeğe dönüşüyor. Avrupa Birliği, Çin, Hindistan, Japonya, Kore, Rusya ve Amerika Birleşik Devletleri tarafından finanse edilen ve Fransa’nın güneyindeki Cadarache’ta devasa bir deneysel reaktörün inşası ile sonuçlanacak olan büyük araştırma projesi sayesinde önümüzdeki birkaç yıl içerisinde gerçek fizibilite teknik ve bilimsel açıdan kanıtlanacak. ITER olarak anılan proje ve reaktör, 2020 yılında tamamlanarak çalıştırılacak. Çalışması için gerekenden on kat fazla miktarda enerjiyi en az 30 dakika içerisinde üretme kapasitesine sahip olduğunu kanıtlaması gerekecek: 50 MW gerçek tüketime karşın 500 MW üretim. Halihazırda yolda olan ve DEMO olarak bilinen ikinci projenin devamının arkasındaki itici güç deneyin öngörülen başarısı olacaktır. Önümüzdeki 15-20 yıl içinde DEMO’nun nükleer füzyondan elektrik üretimi için ilk gerçek endüstriyel tesis olma başarısını koruması bekleniyor.

Nükleer füzyon sistemini başarıyla tamamlamak için olası çeşitli çözümlerden biri olan ITER, reaksiyonun manyetik tutulmasına dayanıyor. Füzyonun çekirdeği plazma halindedir, maddenin bu hali ITER reaktörü 150 milyon °C’nin üzerindeki sıcaklıklara ısıtıldığında elde edilir. Füzyonlarına yaklaştıkça plazma atom çiftlerinin hareketi manyetik alanın neden olduğu büyük bir itme ile mümkün hale gelir. Atomik parçacıkları füzyonla tek bir çekirdeğe dönüştürüldüklerinde, çekirdek asıl parçacıkların toplamından daha düşük bir kütleye ulaşır ve büyük miktarda enerjinin dışarı salınmasına yol açar. Reaksiyondan sonra, manyetik sistem plazmayı bir alanda hapsederek bu ısı enerjisinin kullanılmasını sağlar ve muhafaza odasının duvarına uygulanan kuvvetleri sınırlayarak çalışmaya devam eder.

Ligurya ve Toskana arasında bulunan Ligurya Denizi kıyısındaki La Spezia’da ITER’in ana bileşenlerinden bazılarını üreten İtalyan şirketlerden biri olan ASG Superconductors’ın merkezi bulunmaktadır. ASG, Cenova ve La Spezia’daki tesislerinde her boyda mıknatıs imal etmektedir - yüksek enerjili fizik deneyleri için, yenilikçi manyetik rezonans cihazları ve tümör hücrelerinin kontrollü bombardımanı için cihaz üretiminde kullanılan süper iletken ve geleneksel mıknatıslar. Tesis, nükleer füzyonun yanı sıra Cenevre’de bulunan CERN parçacık hızlandırıcı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC)’nı oluşturan mıknatısların parçalarını da tedarik etti.

Bruno Caserza, La Spezia tesisinin genel müdürü ve Albert Barutti kalite müdürüdür.

Barutti şöyle açıklıyor, “ITER’in sahip olduğu gibi toroidal bir mıknatısın yapımı oldukça gelişmiş ve kompleks teknolojilerin uygulanmasını gerektiriyor. Bobin boyutları devasa ve gereken manyetik alan o kadar büyük ki toplam sistem verimliliğine uygun bir şekilde manyetik alanı oluşturmak için süper iletken malzemelerin kullanılması gerekiyor ve bu bizim uzmanlık alanlarımızdan biridir. Bu nedenle La Spezia’da sadece reaktör hapsetme mıknatısını oluşturacak bobinlerin yapımına odaklana bir tesis kurduk. Devasa bileşenlerin yapımı ve denetiminin tüm aşamaları bu tesiste gerçekleşiyor ve her bir işlem oldukça katı kalite ve boyut kontrolleri ile denetleniyor. İmal edilen her bileşen benzersiz ve sadece reaktör tamamen kurulup hizmete girdiğinde performansını ve gerçek işleyişini kanıtlayacak. Sonuçta, hataya yer yok. Önemi ve yapılan masraflar açısından benzersiz bir deneyin başarısız olmasını engellemek için her şey teorideki teknik özelliklere mükemmel bir şekilde uygun olmalıdır.”

Mıknatısın farklı bileşenleri arasında 13 m uzunluğuna ve 8 m’nin üzerinde genişliğe sahip D şeklinde 18 ana sargı (Sargı Paketi) bulunuyor. Her sargı, Sargı Paketini oluşturmak üzere birbiri üstüne konan ‘çift yassı taban’ olarak da bilinen sıralı 7 çift sargıdan oluşuyor. Bobinlerin yapıldığı iletken, soğutucu sıvı helyumun akacağı merkezi bir kablo borusu (süper iletkenliği sağlayacak mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta), süper iletken filamanların gömülü olduğu konsentrik bakır iletken matrisi ve son olarak da metal bir muhafaza kaplamasından oluşan bir iskelettir. İletkenin dış çapı yaklaşık 40 mm.dir ve her biri 750 m olan büyük bobinler şeklinde tedarik edilir.

Barutti şöyle devam ediyor, “Vakum haznesinde test dahil sıkı kabul testlerini geçtikten sonra, ilk işlem iletkenin nakil bobininden çözülmesi, düzlenmesi, yıkanması ve sonra özel bir ekipmanla dış kaplamasının yüzeyinin zımparalanmasını içeriyor. Şekil verme sisteminin son aşaması - en önemli ve en karmaşık olanı - mastar kullanmadan havada her bir bobinin, üstteki ve alttaki, iki döngüsünü oluşturmak için iletkenin bükülmesidir. Bu aşamada, malzeme henüz süper iletken değildir ve isteğe göre işlenebilir, bükülebilir ve şekillendirilebilir. Kablo süper iletkenliğini sağlamak için gereken ısıl işlem sonrasında bobinler şekillerini değiştireceğinden, bu aşamadan sonra şekil ve toplam uzunluğun titizlikle denetlenmesi elzemdir. Sadece bu ısıl işlemin sonucundaki deformasyon ile istenen şekil elde edildikten sonraki kesin orijinal şekli korumalıyız. Bunların hepsi işlenmeyle elde edilemeyecek gerçekten zorlayıcı ayrıntıları gerektiren toleranslardadır. Bu süreç aşamasında, Leica T-Scan lazer tarayıcılı Leica Absolute Tracker AT901 kullandık. Çift sargının 22 sarması 3B şekil hatası bakımından milimetrenin birkaç onda biri cinsinden toleransları karşılamalı ve sarmanın toplam uzunluğunun, toplam uzunluğun milyonda birkaçında bir toleransa sahip olmalıdır, ki bu ölçülecek en karmaşık ölçüdür.”

Caserva şöyle açıklıyor, “Ekipman kurulumu sırasında Hexagon Manufacturing Intelligence teknisyenlerinin işbirliğiyle geliştirilen özel prosedürler sayesinde, lazer tarayıcı ile her bir sarmanın geometrisini bükülmenin sona erdiği noktada ve bir sonrakine geçmeden önce tespit ettik, bir sonrakinde gerekli telafileri yapmak için tam uzunluğu ve şekli inceledik ve doğru şekil ve uzunluğu elde ettik. Daha sonra elde edilen sargının komple şekil kontrolünü yaptık.”

Bükme aşaması tamamlandıktan sonra, çift sargı ısıl işlem için hazırdır. Atmosfer kontrollü özel bir fırında çeşitli aşamaları ve sıcaklıkları içeren 28 günlük ısıl işlem döngüsü malzemeye süper iletkenlik özellikleri kazandırır. Daha sonra, takibeden tüm işlem aşamalarında büyük sargının özenle işlenmesi gerekir. Süper iletken malzeme, kristalleşmeden sonra aşırı hassas hale gelir ve üzerindeki herhangi bir mekanik gerilme kırılmalara neden olarak performansını düşürür.

Caserza şöyle devam ediyor, “Isıl işlem sargı deformasyonunu kontrol altında tutmak için tasarlanmıştır ancak yine de işlemin sonraki kısımlarına geçmeden önce her sargının gerçek şeklini kontrol etmek gerekir. Sonraki montaj aşamalarına hazırlamak üzere sargıların şeklini koruyan montaj tertibatına oldukça hassas ayarlar yapmak zorundayız. Bu görev için de ikinci bir Leica Absolute Tracker AT901 ile birlikte Leica T-Prob temas sensörlerini kullandık. Kılavuz eşliğinde bir denetim işlemi, milimetrenin birkaç yüzde biri hassasiyetle tespit edilen sapmaları temel alarak operatörlerin sargıların ilgili konumlarına gerekli düzeltmeleri yapmalarına olarak sağlıyor.”

Ardından gelen montaj aşamaları sargıların özel bir muhafazaya yerleştirilmesi, yalıtımı ve muhafazanın robotik bir sistem ile kaynaklı özel kapaklarla sızdırmazlık sağlanarak kendisini kapatmasını içerir.

Üçüncü bir Leica Absolute Tracker AT901 lazer takip sistemi ise kaynak tezgahındaki yassı tabanları ayrı ayrı destekleyecek bağlantı parçasının kalibrasyonunda kullanılır. Kapaklar kaynaklanıp ardından vakum haznesinde hassas boyut ölçümleri ve elektrik denetimleri yapıldıktan sonra, her yassı taban özenle yalıtım kaplamasıyla sarılır. Bunu takiben vakum yöntemiyle emdirme işlemi kullanılarak reçine ile doldurulur. Teslimden önceki son adım ise yedi bileşenin istiflenerek düzeneğin nihai yalıtımının yapılmasıdır.  kinci emdirme ve nihai testlerin ardından, son olarak D-şeklindeki devasa sargı son varış noktasına gitmek üzere hazırdır.

“Sürecimiz her aşamada Hexagon’un tedarik ettiği ve teknisyenleri ile yakın işbirliği içerisinde kurulan ekipman ve proseslerle gerçekleştirdiğimiz boyut ve form denetimlerine yakından bağımlıdır” diye devam ediyor Barutti. Birkaç yıl önce, Leica Geosystems’ın ölçüm ekipmanları kendimizi geliştirerek, şu anda Higgs bozonu araştırmasında kullanılan insan yapımı en büyük cihaz olup Cenevre’de bulunan CERN’deki meşhur parçacık hızlandırıcısı LHC için büyük ölçekli mıknatıs yapma sürecini belgelendirmemize olanak sağladı. Bu nedenle, ITER projesi için siparişi aldığımızda üretim döngüsündeki analiz, kontrol ve düzeltme sorunları ile nasıl ilgileneceğimiz hakkında hiç şüphemiz yoktu. Buna ek olarak, ölçüm sistemleri teknolojisi son birkaç yıl içerisinde önemli ölçüde evrim geçirerek işlemleri geçmişte olduğundan daha hızlı ve daha hassas şekilde kurmamıza ve dolayısıyla tüm süreci en iyi hale getirmemize olanak sağladı.”

Alberto Barutti, Hexagon ile gerçekleştirilen faaliyetler hakkındaki son yorumunu şöyle yapıyor: “Ön analiz ve ekipmanın tasarımı sırasında, bileşenlerimizin boyutsal kontrolleri için farklı seçenekleri dikkatle değerlendirdik. Geçmişteki olumlu deneyimlerimiz bizi Hexagon’un sunduğu çözümlere yönlendirdi. Ayrıca teknisyenleri ile yakın işbirliğinde bulunma fırsatına da sahip olduk. Hexagon bize sadece donanım ve yazılım sağlamakla kalmadı ayrıca benzersiz teknik özelliklere sahip olduğundan nihai amaca ulaşmada derin bir uzmanlık sinerjisi gerektiren belirli uygulamalarımıza yönelik özel programlar ve süreçler geliştirdiler. Şunu belirtmek isterim ki, manyetik ölçümlerindeki gibi eski tarz ortamlarda bile lazer takip teknolojisini kullanan ilk ekipman olarak bunu başarmamızın nedeni, bunu bize sağlamış olmalarıdır. Bu yeni teknolojiler sayesinde, imal edilen bobinlerin son sürümü, faaliyetin belirgin bir şekilde basitleştirilmesi ile işlem süresinde dikkate değer bir azalmanın yanı sıra, veri kalitesinde katma değer avantajına sahip olacaktır.

Örnek Çalişma: ASG Superconductors

Hexagon Metrology Makine Ticaret ve Sanayi Ltd.Sti.
Merkez Ofis, Showroom / Head Office
Alaaddinbey Mah. 636.Sok. No:2
Otomasyon Plaza, NİLTİM, Nilüfer 
16110 Bursa 
Turke

 

Satış Müşteri Hizmetleri

HxGN LIVE

Hexagon'un her sene düzenlenen uluslararası konferansı HxGN LIVE, ilham veren konuşmaları ve sınırsız ağ kurma imkanının yanı sıra görülmesi gereken teknolojileri...