Sự phụ thuộc của ITER vào Đo lường Máy theo dõi Laser

Trong bốn năm tới, các thành phần ITER đến từ hàng trăm nhà máy trên ba lục địa sẽ phải kết hợp với nhau rất chính xác, trong một số trường hợp, có độ chính xác dưới milimet. Để đạt được mức độ chính xác này, cần có một nhóm chuyên gia đo lường.

John Villanueva là một trong những chuyên gia của Nhóm Đo lường, Kỹ thuật đảo ngược, Kiểm tra và Thử nghiệm ITER. Anh ấy nói: “Tôi đã tham gia vào lĩnh vực đo lường từ lâu nên giờ đây tôi là một trong những người có kinh nghiệm lâu năm. “Tôi đã chuyển từ việc sử dụng ống ngắm cơ học quang học kiểu cũ sang máy theo dõi laser mà chúng ta sử dụng ngày nay. Chính vì tôi đã trải qua những thay đổi đó mà tôi có thể dễ dàng hiểu hơn lý do tại sao chúng tôi làm những gì chúng tôi làm ngày hôm nay.”

Căn chỉnh các bộ phận lớn với hệ tọa độ ITER

Tất cả các nhiệm vụ đo lường đều yêu cầu một cơ sở tham chiếu cố định mà từ đó có thể thực hiện và tính toán các phép đo. Là một dự án đo lường quy mô lớn, ITER có một hệ tọa độ ba chiều bao gồm một tập hợp các “tổ” mục tiêu và/hoặc trạm thiết bị có hình học đã biết và tính toán độ không đảm bảo. Bên trong Tổ hợp Tokamak, mạng được gọi là Hệ tọa độ Toàn cầu Tokamak.

Villanueva nói: “Khi bạn đi vào Tòa nhà Tokamak, bạn sẽ thấy các mục tiêu màu đỏ của chúng tôi ở khắp nơi trong tòa nhà . “ Chúng ta có thể sử dụng một công cụ để bắn ba mục tiêu bất kỳ, và nhờ sự kỳ diệu của Định lý Pythagore, chúng ta biết chính xác tâm của thiết bị của mình ở đâu so với Hệ tọa độ Toàn cầu Tokamak.” Công cụ này bao gồm bộ mã hóa góc ngang, bộ mã hóa góc dọc và tia laser để đo khoảng cách. Với hai góc và khoảng cách, một tam giác có thể được thiết lập.

Villanueva cho biết: “Gần đây, chúng tôi đã thử nghiệm tải trọng 340 tấn đi vào một trong những công cụ lắp ráp phụ của khu vực trong Hội trường, công cụ này phải được định vị thẳng đứng theo trọng lực và trong phạm vi một milimet,” Villanueva cho biết. “Chúng phải thẳng đứng theo trọng lực vì lý do an toàn, nhưng cũng bởi vì—như một phần của quá trình chạy thử—chúng tôi phải chứng minh rằng công cụ này có thể sắp xếp các bộ phận khổng lồ thẳng đứng theo trọng lực với độ chính xác chặt chẽ.”

“Các công cụ lắp ráp phụ của ngành có sáu bậc tự do—và dọc theo mỗi bậc tự do, các dụng cụ được sử dụng cho đo lường có thể đo các chuyển động dưới milimet. Đo lường ở đó, xem thành phần được căn chỉnh trên công cụ và báo cho các nhóm biết liệu nó có được căn chỉnh ở đúng vị trí hay không.”

“Khi lắp đặt những bộ phận khổng lồ, có độ chính xác cao này, nhiệt độ là rất quan trọng. Nếu linh kiện không ở nhiệt độ 20°C, cộng hoặc trừ nửa độ, chúng tôi phải để nó ‘ngâm’ trong phòng khoảng một ngày để đạt nhiệt độ cần thiết.”

Độ ẩm cũng là một vấn đề đáng lo ngại: quá nhiều khiến các bộ phận bị rỉ sét; quá ít làm phát sinh tĩnh điện. Ngoài ra, hiệu suất của tia laser được sử dụng để định vị và đo lường có thể bị ảnh hưởng bởi độ ẩm quá cao – tức là bất cứ thứ gì nằm ngoài phạm vi “bình thường” là 20-90%.

Độ chính xác của phép đo là một trong những lý do khiến ITER nỗ lực rất nhiều để duy trì nhiệt độ và độ ẩm không đổi trong không gian lắp ráp. Để ngăn điều kiện thời tiết bên ngoài ảnh hưởng đến môi trường bên trong, các tòa nhà được cách nhiệt tốt—và luồng không khí tích cực đảm bảo không khí từ bên ngoài lọt vào khi cửa được mở. Như một biện pháp phòng ngừa bổ sung, các hệ thống báo động cảnh báo các kỹ sư về sự dao động của nhiệt độ và độ ẩm.

Điều kiện môi trường chỉ là một phần của thách thức. Quy mô của dự án tổng thể, quy mô của hệ thống và các bộ phận cấu thành, cùng với các yêu cầu về độ chính xác và độ phức tạp của vật liệu, tất cả đều góp phần làm cho ITER trở nên đặc biệt thú vị đối với những người thực hành khoa học đo lường.

 Villanueva nói: “Đối với một nhà đo lường học, ITER là một trong những công việc tốt nhất trên thế giới .