ITB Insights – Zukunftstechnologien & Innovation

Der Reaktor basiert auf dem Tokamak-Prinzip, bei dem ein magnetisches Feld ein heißes Plasma einschließt – bei Temperaturen von bis zu 150 Millionen Grad Celsius. Bei dieser Größenordnung geht es nicht nur um theoretische Physik, sondern um konkrete technische Herausforderungen: Mehr als 10 Millionen Einzelteile müssen, aufeinander abgestimmt und unter extremen Bedingungen betrieben werden.

Seit mehreren Jahren unterstützt die ITB GmbH, gemeinsam mit der CADFEM GmbH, die ITER Organization mit ingenieurtechnischen Berechnungen im Bereich Thermik und Strukturmechanik. Im Mittelpunkt stehen dabei insbesondere die 18 D-förmigen Toroidal Field Coils, also supraleitende Magnetspulen, die jeweils 310 Tonnen wiegen und bis zu 16,5 Meter hoch sind – bei einer Einbaugenauigkeit im Millimeterbereich.

Um die Auswirkungen geometrischer Abweichungen auf das Systemverhalten zu analysieren, wurde ein großmaßstäbliches Finite-Elemente-Modell des Reaktors erstellt und durch ITB optimiert. Damit konnten Toleranzanalysen durchgeführt werden, die helfen zu verstehen, wie minimale Abweichungen große Auswirkungen auf die Belastung von Verbindungselementen haben können – ein Faktor bei der Fertigung und Montage.

Auch der Transport und die Montage der riesigen Magnetspulen stellen besondere Anforderungen. Für Werkzeuge wie das sogenannte Up-Ending Tool, das die Spulen von der horizontalen in die vertikale Einbauposition bringt, sowie das Sub-Sector-Assembly Tool, das mehrere Spulen präzise zueinander ausrichtet und verbindet, wurden FE-Modelle entwickelt. Ziel war es, die auftretenden Belastungen zu berechnen und mögliche Risiken bereits im Vorfeld auszuschließen.

Um die langfristige Funktionstüchtigkeit sicherzustellen, wurden für Verbindungselemente zwischen den Magnetspulen zusätzlich Lebensdaueranalysen durchgeführt. Dabei kamen Submodellierungen zum Einsatz, mit denen lokale Spannungs- und Dehnungszustände ermittelt und die Bauteile auf ihre Dauerfestigkeit hin untersucht wurden.

Der Beitrag von ITB zum ITER-Projekt zeigt, wie ingenieurwissenschaftliche Präzision im Detail entscheidend für das Gelingen von Großtechnologien ist. Dabei verbindet sich physikalisches Verständnis mit Simulation – und schafft die Grundlage für die Energieversorgung der Zukunft.

The views and opinions expressed herein do not necessarily reflect those of the ITER organization.

Link zum Projekt auf unserer Website: ITER Kernfusionsreaktor – Ihr Partner für die FEM-Berechnung