+ All Categories
Home > Documents > NEUTRAL BEAM TEST FACILITY (NBTF) - Fusion for...

NEUTRAL BEAM TEST FACILITY (NBTF) - Fusion for...

Date post: 11-Sep-2019
Category:
Upload: others
View: 2 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
14
NEUTRAL BEAM TEST FACILITY (NBTF) TECHNICAL SUMMARY This document summaries the technical requirements relating to the Neutral Beam Test Facility. The Neutral Beam test Facility (NBTF), which is also called PRIMA (acronym for P adova R esearch on I TER M egavolt A ccelerator) consists of two separate development testbeds, the ion source test facility, called SPIDER (acronym for S ource for P roduction of I on of D euterium E xtracted from R f plasma) the megavolt test facility, called MITICA (acronym for M egavolt IT ER I njector & C oncept A dvancement). PRIMA will include the plant systems that are necessary to operate both the test beds. The NTBF will test all main aspects of the HNB system, except the components downstream of the HNB vessel (beamline exit scraper, fast shutter, absolute valve and duct liner). NTBF will include also substantial components from other DAs (IN, JA) and from the Host (Consorzio RFX) The design work for most of the components is done by EU on behalf of Iter Organization and is still in progress.
Transcript

  

 

NEUTRAL BEAM TEST FACILITY (NBTF)  TECHNICAL SUMMARY 

 

This  document  summaries  the  technical  requirements  relating  to  the  Neutral  Beam  Test Facility.  

The Neutral Beam test Facility (NBTF), which is also called PRIMA (acronym for Padova Research on ITER Megavolt Accelerator) consists of two separate development testbeds,  

‐ the  ion source test facility, called SPIDER (acronym for Source for Production of  Ion of Deuterium Extracted from Rf plasma) 

‐ the megavolt test facility, called MITICA (acronym for Megavolt ITER Injector & Concept Advancement). 

PRIMA will include the plant systems that are necessary to operate both the test beds. 

The NTBF will test all main aspects of the HNB system, except the components downstream of the HNB vessel (beamline exit scraper, fast shutter, absolute valve and duct liner).  

NTBF will  include  also  substantial  components  from  other  DAs  (IN,  JA)  and  from  the  Host (Consorzio RFX) 

The design work for most of the components is done by EU on behalf of Iter Organization and is still in progress. 

   

   

Overall breakdown 

The following is a list of the major equipment that will be purchased by F4E for the NBTF. 

Description  Specifications

MITICA Beam Line Components Build to printMITICA Cryogenic Plant   FunctionalMITICA Beam Source  Build to printMITICA Vessel  Build to printMITICA Cryopump  Build to printPRIMA Vacuum & Gas Injection Plants FunctionalMITICA RMFCs  Build to print 

Where  the  specifications  are drafted  at  a  functional  level  the  supplier  is  responsible  for  the design and the performance of the system. If they are at a build to print level, the supplier will be responsible for the manufacturing only. The parts will be subject to extensive tests to assure the quality of the manufacturing process. 

   

  

Technical Requirements:  

MITICA Beam Line Components 

Specification level: build to print Breakdown of main parts: Electron Dump  Neutralizer  Residual Ion Dump Beam Dump Lower electron dump  Neutralizer case Odd panel 1 (0 kV) Support Structure side electron dump  Side wall Right  Even panel 2 (‐20 kV) Right Panel & frame Neutralizer floor dump  Side wall Left  Odd panel 3 (0 kV) Left Panel & frame baffles  Middle wall 1  Even panel 4 (‐20 kV) Inlet Coolant pipes Neutralizer leading edge 

Middle wall 2  Odd panel 5 (0 kV) Inlet Manifold 

water feedthroughs  Centre wall  Support frame Outlet coolant pipes   Leading edge  Inlet coolant pipes Outlet manifold   Inlet coolant pipes Inlet manifold Actuating mechanism   Inlet manifold  Outlet coolant pipes Thermocouples    Outlet coolant pipes Outlet manifold  Outlet manifold HV water feedthroughs  D2 or H2 lines  Thermocouples   Feedthroughs  Electrostatic probes   Thermocouples   Electrostatic probes 

 

 

 

  C

 

alorimeter 

 

   

 

 

 

RID    Neutr

 

raliser 

 

  The contract will cover manufacturing and assembly of the parts. The design work is not included in the contract. The specification at a build to print level will be provided by IO 

The main technical challenges will be 

‐ High heat flux (several MW/m^2). Components will be water cooled with swirl tubes ‐ Reliability of welding, since any leakage will affect the vacuum environment ‐ Assembly tolerances ‐ Vacuum compatibility 

The contract will involve mainly mechanical manufacturing. The material of the HHF components will be Cu‐Cr‐Zr ITER grade. Support structures and other piping to use  AISI 316 LN(IG) . There will be insulators made by Porcelain type C221 or Alumina. The  supplier will  propose  a  detailed  specification  and will  demonstrate with  adequate  samples  and mock‐ups the following fabrication processes: 

a) CuCrZr/SS transition welds with Ni adapters; b) insertion and fixation of the twisted tape inside the swirl tube elements. 

The components will be tested in a vacuum chamber at operating temperature (140C) before acceptance.  Test will include leak and insulation tests.  Tentative planning: Second semester 2012  

   

  

 MITICA Cryogenic Plant Specification level: Functional  

   Provides  helium at the temperature of 4.5 k with the pressure of 4 bar to the panels of the cryogenic pumps and at 80 k to the radioactive shields of the pump its‐self. The 4.5 K circuit is designed for  cooling 600 W. The 80 K, for  24 kW. The contract will cover the design activity and the control system too.  Common technology and parts with the Vessel cryosystem are foreseen. 

Tentative planning: First semester 2012     

  

MITICA Beam Source  

Specification level: build to print Mitica Beam Sorce will be mostly the same as Spider Beam source (a H‐ plasma generator with a 2 grid extractor), but will include  a multi‐grid 1MV accelerator and a tilting mechanism.  

 It could incorporate some changes if results from ELISE experiment or SPIDER will be available. 

Breakdown of main parts:  

RF Ion Source  Accelerator

RF coil  Acc grid 1 (‐0.8 MV)

Rf drivers  Acc grid 2 (‐0.6 MV)

Driver Backplate  Acc grid 3 (‐0.4 MV)

Faraday shield  Acc grid 4 (‐0.2 MV)

cooling lines   Grounded grid (0 MV)

Cs oven  Supporting structure

Gas feed  Bias plate

Starter filament  Extraction Grid

Matching network  Electrostatic shield

Source case  Flexible Connections

confinement magnets Plasma Grid

PG Bus Bar  Post insulators

Bias Bus Bar  Tilting Mechanism

Thermocouples   Thermocouples 

  Electrostatic probes  

 

  

 

 

 The contract will cover manufacturing and assembly of the parts.  It is a high vacuum compatible component, with  The design work is not included in the contract. The specification at a build to print level will be provided by IO. The design work is being carried out by RFX and associated CCFE under a grant.  Critical technologies required are:  

‐ Electro‐deposition process for the fabrication of the grid segments and ion source inner components. 

‐ Mo/W coating of ion source plasma facing inner surfaces.   

The component will be factory tested in a vacuum environment before acceptance. 

Tentative Planning: Second semester 2013 

 

   

  

MITICA Vessel 

Specification level: Built to print 

 It is a large vacuum vessel, with interfaces with the High Voltage Bushing supplied by JA.  

Material is AISI 316L, dimensions are 15mx4mx4m approx. 

It will include a tilting mechanism for the beam source. 

Tentative Planning: second semester 2012 

 

   

  

MITICA Cryopump 

Specification level: Built to print 

 

 

The cryopump will provide high pumping speed (5000 m3/s @ 0.02 Pa). The total surface of the cryogenic panels is of the order of about 25 m^2. The Cryopump is designed to operate at two nominal temperature levels: 4.5 K for the cryopanel surfaces, and 80 K for the radiation shields. The sections are made up of 3 stages of charcoal coated cryopanels at about 5 K. Each of the stages has its radiation shield (80 K average temperature) made of two hydroformed segments 

Common technology and parts with the Vessel cryosystem are foreseen.  

Qualification tests are foreseen for hydroformed components and flexible connection components.  Leak/pressure and thermal shock tests are foreseen before acceptance. 

Tentative Planning: first semester 2012 

 

    

  

PRIMA Vacuum & Gas Injection Plants Specification level: Functional Breakdown: 

Gas Injection Plant Common parts Spider Mitica Instrum. & Control Instrum. & Control Instrum. & Control Hydrogen System Inner Gas feeding System Inner Gas feeding System Deuterium System Outer Gas feeding system Outer Gas feeding system Nitrogen System Impurities System Vacuum Pumping Plant Spider Mitica Fore-pumping system Fore-pumping system Instrum. & Control Instrum. & Control Pipes and Valves Pipes and Valves Turbomolecular pump Turbomolecular pump Cryopump RGA  

  

 

 

GIS system for Mitica. Spider will include only the Source system, not the Neutraliser. Employing hydrogen the system will be subject to strict safety rules. 

 

 

 

  

 

 

Spider Vacuum system                                                     MITICA vacuum system 

Vacuum system will operate in the range of 0.1‐0.01 Pa. Spider system will have a pumping speed of approx 80m^3/s with cryopumps, and Mitica turbopump system will be approx 8 m^3/s (the pumping capacity of Mitica will be provided by custom built cryopanels, purchased under a different contract). 

System will include diagnostics and control, and installation on site, including checks (leak tests and residual gas analysis) 

Tentative Planning: First semester 2011 

     

  

MITICA RMFCs  Specification level: Build to print  

Breakdown 

Res Magnetic Field Coils 1 up P6 str. assembly Res Magnetic Field Coils 2 low P6 str. assembly. Res Magnetic Field Coils 3 up P4-P5 str. assembly. Res Magnetic Field Coils 4 low P4-P5 str. assembly. Res Magnetic Field Coils 5 up P1-P2-P3 str. assembly. Res Magnetic Field Coils 6 Low P1-P2-P3 str. assembly.

 

It includes coils for magnetic field control. Power supplies are out of the scope.  

Tentative Planning: Second semester 2012 

 


Recommended