L'importanza della misura quando si sfrutta la potenza del sole

Recentemente abbiamo avuto l'opportunità di parlare con Dave Wilson, responsabile del gruppo di metrologia di ITER, su come il suo team abbia applicato le soluzioni di misura di Hexagon per garantire la realizzazione accurata di uno dei progetti di ricerca energetica più interessanti del mondo.

Grazie per averci incontrato Dave. Cos'è ITER?

ITER è una macchina sperimentale che è in via di costruzione a Saint Paul Lez Durance, nel sud della Francia, per testare e provare la fattibilità della fusione nucleare come fonte di energia. La fusione nucleare è il processo che avviene nelle stelle intorno al sistema solare ed è un processo di fusione di isotopi di idrogeno, responsabile della creazione di energia.

Quello che stiamo cercando di fare qui è creare una mini stella sulla Terra. La macchina di ITER funziona più o meno allo stesso modo delle stelle. La reazione della fusione avviene nel vuoto, come nello spazio. Abbiamo una camera a vuoto dove immettiamo il deuterio, un isotopo dell'idrogeno e il trizio, e poi li fondiamo insieme creando elio, generando un'immensa quantità di energia.

Nel sole c'è un'enorme pressione prodotta dalla sua attrazione gravitazionale. Non potendo raggiungere quella pressione, dobbiamo aumentare la temperatura. La temperatura di reazione in ITER è dieci volte superiore a quella presente nel sole: il sole ha una temperatura di 15 milioni di gradi mentre noi stiamo raggiungendo i 150 milioni di gradi.

Sembra una temperatura straordinaria e lo è. Si tratta di un gas super-riscaldato, che chiamiamo plasma, e il plasma deve essere controllato, perché ovviamente non vogliamo che questa temperatura colpisca i componenti all'interno della macchina di ITER. Il modo in cui lo controlliamo è ionizzando il gas e quindi utilizzando magneti enormi per contenere il plasma, dargli forma e posizionarlo dove ci serve.

In ITER abbiamo magneti superconduttori molto potenti che ci consentono di controllare il plasma. Quando si ottiene la reazione, si sprigiona un'immensa quantità di energia che è quella che stiamo cercando di sfruttare.

Quindi dove interviene la misura per ITER?

Questi magneti devono essere allineati in modo davvero molto preciso perché lo strumento possa funzionare secondo le specifiche desiderate. Stiamo parlando di magneti alti 17 metri, che hanno una tolleranza di allineamento di 1 millimetro. Per essere in grado di raggiungere questo obiettivo, abbiamo bisogno delle migliori attrezzature possibili ed è qui che entra in gioco Hexagon.

Può parlarci dell'attrezzatura specifica di Hexagon che state utilizzando in ITER?

Dunque, ho iniziato a lavorare in ITER nel 2008, poco dopo la realizzazione della piattaforma di 1 km sulla quale sono stati costruiti gli edifici e le infrastrutture di ITER.  La prima cosa da fare era stabilire i sistemi di riferimento per la costruzione degli edifici, che sarebbero poi stati applicati agli edifici stessi.

Quindi i primi prodotti di Hexagon con cui abbiamo avuto a che fare erano stazioni totali ad alta precisione che possono misurare fino a un paio di chilometri di distanza con encoder angolari estremamente accurati. La rete è stata misurata con questa attrezzatura, combinata con il GPS e la tecnologia di livellamento digitale. Abbiamo approntato tutto questo e a partire dai dati aggregati abbiamo stabilito una rete il cui grado di approssimazione su questa area così vasta è inferiore ai due millimetri.

Da lì abbiamo iniziato la costruzione della macchina di ITER. Abbiamo necessità molto precise, quindi abbiamo bisogno delle migliori attrezzature sul mercato. Utilizziamo i laser tracker, sia quelli convenzionali che misurano con l'ausilio di riflettori, che i laser tracker di nuova concezione come il ATS600, che può misurare senza l'uso dei target.

Quando si deve misurare con l'ausilio di un riflettore, bisogna posizionare il riflettore, puntarlo, spostarlo quando si sposta lo strumento e ciò può richiedere molto tempo quando si ha un pezzo di grandi dimensioni. Utilizzando l'ATS600, che ha una capacità di scansione diretta che gli permette di misurare su una superficie senza un riflettore, in molti casi si elimina la necessità di dover posizionare dei riflettori. Si può misurare direttamente sulla superficie e ottenere un risultato immediato. Si può anche misurare molto rapidamente, in modo che la nuvola di punti generale che si crea sia rappresentativa di un volume molto grande, ma anche continuando a ricevere i dati in un lasso di tempo ragionevole.

Il motivo per cui abbiamo bisogno di tempi rapidi è perché dobbiamo eseguire il reverse engineering, dobbiamo effettuare la clash analysis, in modo da determinare da una fase all'altra la possibilità di mettere insieme i componenti. Questi componenti sono davvero molto costosi. In molti casi sono rivestiti di materiali molto delicati, come ad esempio lo scudo termico, che è ricoperto di una lastra d'argento e sarà avvolto da bobine TF. Quindi dobbiamo essere assolutamente sicuri che quando definiamo la traiettoria di queste bobine, possiamo riunire i componenti senza soluzione di continuità in modo da non danneggiare nulla.

Può spiegarci qualcosa di più riguardo ai differenti incarichi e responsabilità del vostro team di qualità qui a ITER?

Sono il responsabile di un gruppo di quattro persone e ci serviamo anche di subappaltatori per aiutarci nel lavoro che facciamo. Il ruolo del gruppo è molteplice. Non ci limitiamo alla misura, siamo anche responsabili di garantire la qualità nella catena di fornitura e attraverso i nostri fornitori impegnati nella costruzione della macchina.

Molto del lavoro che svolgiamo consiste nel proporre metodi di allineamento, metodi di verifica, definire questi processi, valutare e approvare le procedure, valutare i dati che arrivano dai fornitori e dai nostri partner per poi autorizzarli in modo che il progetto ITER raggiunga un buon livello qualitativo.

La tecnica di misura di 13 anni fa, quando è iniziato il lavoro qui a ITER, era piuttosto diversa da com'è ora. Può dirci com'era quando ha iniziato e come ha seguito gli sviluppi della tecnica di misura fino ad oggi?

La mia esperienza con la misura è iniziata 25 anni fa. All'epoca, allineavamo gli oggetti con maschere e attrezzature di fissaggio, ma divenne presto chiaro che i requisiti di allineamento stavano diventando molto più rigorosi e quindi c'era bisogno di un sistema migliore.

I primi sistemi che arrivarono da Hexagon in quel caso erano teodoliti a intersezione. Assicuravano la precisione richiesta, ma le operazioni di rilievo erano molto lente. Anche il software non era così sofisticato, realizzava ciò di cui avevamo bisogno, ma non era sufficiente a raggiungere il punto in cui siamo ora.

Quando ho iniziato in ITER siamo partiti con i teodoliti e il GPS, ma ora siamo in una fase in cui la precisione è assolutamente necessaria e la velocità di acquisizione, l'utilizzo dell'attrezzatura all'interno del processo sono estremamente importanti. Il tempo è denaro in qualsiasi settore e in ITER è estremamente importante.

Inoltre, la necessità di scoprire le non conformità in una fase iniziale è fondamentale perché più avanti nella fase di realizzazione si trova un problema, più è difficile da risolvere. Capire la differenza presente nei componenti del processo in una fase iniziale è estremamente importante.

In ITER ci sforziamo di esaminare il processo in una fase iniziale, valutare i dati che riceviamo, analizzare i processi che vengono attuati, verificare i rischi e, con tutte queste informazioni, mettere insieme un processo che sia a basso rischio ma efficiente e che fornisca a noi e ai nostri partner il risultato richiesto. La misura è estremamente importante all'interno di questo processo.