Во всем мире проводятся эксперименты по термоядерному синтезу. Их цель — воссоздание источника энергии на основе ядерных реакций, аналогичных тем, которые происходят на Солнце и других звездах. Задача этих исследований - использование энергии без углерода и ограничений в будущем, а также перспектива сделать человечество независимым от ограниченных ресурсов планеты Земли. Двумя амбициозными экспериментальными установками для исследования технологии ядерного синтеза являются проект ИТЭР-Токамак, запущенный на юге Франции, и Вендельштайн 7-X, так называемый Стелларатор, в Грайфсвальде, Германия. Оба долгосрочных проекта призваны построить мост в будущее к первым термоядерным электростанциям завтрашнего дня.

Установка Wendelstein 7-X имеет форму кольца диаметром около 14 м и основана на принципе стелларатора, в котором только внешние катушки генерируют закрученное магнитное поле, используемое для удержания водородной плазмы, необходимой для ядерного синтеза. Необходимые температуры плазмы создаются, в частности, системой ICRH (Ion Cyclotron Resonance Heating). Для этого радиоволны в коротковолновом диапазоне излучаются в плазму через антенну, где они поглощаются - подобно микроволнам - и таким образом повышают температуру плазмы до 150 млн °C. Эта очень высокая температура, плотность частиц и достаточная тепловая изоляция плазмы от окружающей среды - три необходимых условия для успешного лабораторного термоядерного эксперимента с магнитным полем стелларатора.

Среда установки этой антенны ICRH включает восемь систем с водяным охлаждением. Это важные технические компоненты, предотвращающие перегрев антенны во время проведения термоядерных экспериментов. Температура воды в трубах с внутренним диаметром 8 мм составляет 150° C при максимальном давлении 26 бар, а расход воды во всех кругах охлаждения - 5,4 м³/ч. Для измерения расхода сначала были проведены испытания с расходомерами переменной площади. Однако влияние магнитного поля системы катушек стелларатора оказалось слишком сильным, поэтому этот метод не оправдал себя. Ученые, участвующие в эксперименте Вендельштейна в LPP-ERM/KMS, Институте физики
плазмы имени Макса Планка (IPP) и Форшунгсцентре Юлих, должны были найти решение, которое не имело бы этой проблемы. Поскольку в охлаждающих контурах используется деионизированная вода, вторым критерием выбора была необходимость найти систему измерения расхода, работающую независимо от проводимости среды.

Стационарный накладной расходомер KATflow 150 от Katronic в итоге удовлетворил все технические требования, предъявляемые к новой системе измерения расхода. Все компоненты измерительного блока должны были быть немагнитными, что было гарантировано пластиковым корпусом блока измерения расхода и корпусом из нержавеющей стали используемой сенсорной технологии. Кроме того, не допускался прямой контакт со средой, что обеспечивалось креплением датчика с снаружи, а также реализацией измерений через стенки труб из нержавеющей стали, установленных в кругах охлаждения.

Четыре установленных расходомера типа KATflow 150 отлично зарекомендовали себя в этом высокотемпературном применении (измерения расхода деионизированной воды при 150° C). Через интерфейс Profibus DP,
установленный по желанию заказчика в каждом приборе, данные измерений могут передаваться со скоростью 4 Мбит/с. Благодаря комбинированному измерению температуры ученые теперь могут считать и оценивать рассеиваемую мощность и энергию радиоволнового излучения, а также проверять расход воды, необходимый для охлаждения антенны ICRH.

Партнёры проекта:

Лаборатория физики плазмы, Королевская военная школа - Конинклийке Милитари (LPP-ERM/KMS), Трехсторонний эврегированный кластер (TEC), Брюссель

Forschungszentrum Jülich GmbH, Институт исследований энергетики и климата - физика плазмы, трехсторонний кластер Эврегио (TEC)

Исследовательский центр Юлих ГмбХ, Центральный институт инженерии,
электроники и аналитики

Институт физики плазмы имени Макса Планка (IPP), Грайфсвальд