Робот-томограф будет проверять оборудование для токамака ИТЭР

Российские детали для Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР будет проверять робот-томограф. Его разработали для контроля качества сварных швов и многослойных соединений центральной сборки дивертора и панелей первой стенки. Пригодится он и для отечественного термоядерного проекта.

Опытный образец устройства роботизированного ультразвукового контроля изготовил «Интех», компания Томского политехнического университета (ТПУ). Заказчик — ​Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Ефремова (НИИЭФА). «Томограф необходим для выполнения наших обязательств по проекту ИТЭР, — ​рассказывает начальник лаборатории неразрушающего контроля НИИЭФА Дмитрий Лянзберг. — ​Мы разработали техническое задание, объявили тендер, выиграла томская компания «Интех». В первую очередь комплекс задумывался как инструмент диагностики компонентов центральной сборки дивертора (защищает кассеты дивертора от тепловых и плазменных потоков. — ​«СР»), который полностью производит наш институт».

Вторая, не менее важная задача — ​контроль панелей первой стенки. Это самые нагруженные элементы ИТЭРа, поскольку контактируют с высокотемпературной плазмой. Институт изготавливает 179 панелей — ​40 % их общего количества.

«Мы заключили с «Интехом» трехлетний контракт. В 2023 году там разработали технический проект, в 2024‑м — ​конструкторскую документацию, составные части системы и провели в Томске предварительные испытания опытного образца. В этом году установку привезли в Санкт-Петербург, смонтировали в НИИЭФА и провели полный цикл операций ультразвукового контроля внутрикамерных компонентов ИТЭРа. Установка показала впечатляющие результаты», — ​говорит Дмитрий Лянзберг.

Опытный образец комплектуется иммерсионной ванной, роботизированным манипулятором и предметным столом с собственной системой управления. Главное новшество «Интеха» и ТПУ — ​программное обеспечение, которое самостоятельно строит оптимальные траектории движения манипулятора, учитывая особенности детали, предотвращая столкновения с предметным столом, и отображает положение всех компонентов системы.

Другая особенность — ​интеллектуальная система калибровки. Оператору достаточно указать приблизительное положение детали в рабочем пространстве, все остальное сделает лазерный 3D-сканер. Для большей точности контроль проходит сначала в воздушной среде, потом в воде. Перенастраивать систему при смене положения платформы не нужно: калибровка сохраняется, и это значительно ускоряет процесс.

Для ультразвукового контроля используются 128‑канальные фазированные антенные решетки (преобразователи) — ​это группа излучателей, в которых фазы сигналов изменяются комплексно по определенной схеме так, что эффективное излучение усиливается в нужном направлении и подавляется во всех остальных.

«Раньше только на подготовку к ультразвуковому контролю могло уйти несколько часов, сейчас — ​минуты. Все операции выполняет один специалист, — ​отмечает Дмитрий Лянзберг. — ​Это решение открывает новые горизонты для повышения качества контроля и эффективности производства».

Пока роботизированный томограф используют только для элементов ИТЭРа. Однако в перспективе на нем планируют проверять детали, разрабатывающиеся для российского токамака с реакторными технологиями.

Словарь

Дивертор токамака — ​устройство в нижней части вакуумной камеры, предназначенное для удаления примесей из плазмы, отвода избыточного тепла, образующегося в результате термоядерной реакции, и защиты оборудования от радиационной нагрузки.

Иммерсионная ванна — ​элемент установок ультразвуковой дефектоскопии. Волны излучаются на объект через слой жидкости, во много раз превышающий длину волны. Обеспечивает стабильный акустический контакт ультразвукового преобразователя и поверхности детали, позволяет работать со сложными поверхностями без тщательной подготовки.

ИТЭР — ​строящийся во Франции токамак, который должен продемонстрировать технологическую возможность получать от термоядерного синтеза электроэнергию в промышленных масштабах. Сборка реактора началась в 2020 году. В проекте 35 участников: страны Евросоюза, Россия, США, Китай, Индия, Япония, Южная Корея.