Inicio >> Industrias >> Nuclear >> Control de las Cavidades Superconductoras de un Acelerador Lineal de Partículas

Control de las Cavidades Superconductoras de un Acelerador Lineal de Partículas

Como parte de un esfuerzo integrado a nivel Europeo por promover la investigación en aspectos estratégicos tuvo lugar la realización del proyecto EUROTRANS (European Research Programme for the TRANSmutation of High Level Nuclear Waste in an Accelerator Driven System) dentro del programa marco FP6. Este proyecto se encargó de estudiar la viabilidad tecnológica del concepto de transmutación. Uno de los principales resultados del EUROTRANS fue el diseño preliminar de un transmutador accionado por medio de un acelerador, concepto tecnológico conocido en inglés como “Accelerator Driven System (ADS)”. El acelerador es un elemento clave en la tecnología ADS. Su función consiste en generar un haz de protones que alcanzan gran energía e impactan sobre un objetivo de Plomo-Bismuto para producir neutrones rápidos capaces de causar la transmutación de los actínidos minoritarios y otros residuos que se producen en las plantas de fisión nuclear, descomponiéndolos en elementos de vida radiactiva mucho más reducida. Los resultados del EUROTRANS supusieron el punto de partida para el proyecto MAX (MYRRHA Accelerator eXperiment, research & development program) del programa marco FP7, encargado de concretar los detalles de diseño y garantizar la viabilidad técnica del acelerador linear (LINAC) de protones para el MYRRHA. El MYRRHA será el primer reactor de transmutación cuya construcción está prevista para 2023.

En la actualidad ADEX es uno de los socios del proyecto MAX, conjuntamente con el CNRS (Centre National de la Recherche Scientific (Francia)), el SKC•CEN (Centre d’etude de l’Energie Nucléaire (Bélgica)), el IAP (Institut für Angewandte Physik (Alemania)) y el INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Italia)), entre otras instituciones y empresas. ADEX, S.L. lidera la tarea 3.2 “Experimental evaluation of ADEX control on a 700 MHz prototipical criomodule”, que consiste justamente en experimentar la tecnología ADEX en el prototipo del módulo criogénico que alberga una cavidad elíptica superconductora diseñada con el propósito de llevar a cabo la aceleración del haz. Esta tarea tiene por objeto evaluar el rendimiento de las soluciones de control adaptativo predictivo experto ADEX aplicadas a procesos tan complejos como los de la cavidad elíptica en cuestión y constatar la superación de las dificultades que encuentran las soluciones convencionales de control. Tanto el CNRS como el INFN colaboran con ADEX, S.L. en la realización de esta tarea.

En la actualidad se ha efectuado el diseño de un Sistema de Control Optimizado Adaptativo ADEX (SCOA ADEX) para la simulación del módulo criogénico cedida por el CNRS. En este contexto los resultados en simulación han demostrado que el SCOA reduce las oscilaciones de la frecuencia de resonancia de la cavidad en torno a su consigna en aproximadamente un 38% respecto a otras estrategias basadas en control convencional, minimizando de esta forma el consumo energético necesario para acelerar el haz de protones. 


Cavidad Elíptica



En la parte superior de la figura se puede ver la cavidad elíptica y en la parte inferior una sección de la misma en la que se ha representado en amarillo el haz de protones y en verde el campo de Radio Frecuencia (RF) que acelera dicho haz. El campo de RF lo induce en la cavidad una antena emisora, y lo mide dentro de la cavidad una antena receptora. Paradójicamente el campo de RF medido con la antena receptora no será el mismo que el emitido por la antena emisora. La amplitud y la fase del campo dentro de la cavidad se diferenciaran de los del campo emitido por la antena emisora debido al efecto de resonancia que se produce en el interior de la cavidad. Por ello, para acelerar el haz convenientemente, la amplitud y la fase del campo de RF dentro de la cavidad deberán mantenerse estrechamente acotados en torno a sus consignas modificando adecuadamente el campo emitido por la antena emisora.

Sin embargo, no es suficiente un control preciso de la amplitud y la fase del campo para conseguir una aceleración adecuada del haz. La frecuencia de resonancia electromagnética de la cavidad, que es una propiedad estrechamente relacionada con la geometría de la cavidad, variará debido a perturbaciones externas tales como ruidos ambientales, vibraciones sísmicas o Fuerzas de Lorentz. Las fuerzas de Lorentz son causadas por la gran intensidad del campo electromagnético dentro de la cavidad y causan pequeñas deformaciones en las paredes de la misma modificando su frecuencia de resonancia. Desviaciones de la frecuencia de resonancia respecto de su valor óptimo provocarán caídas de la amplitud del campo y desviaciones de la fase, que deberán ser compensadas actuando sobre el campo emitido. Esto implicará un gran aumento de la potencia necesaria para generar el campo emitido. Es por ello que, para mantener el consumo energético dentro de un margen razonable, es necesario controlar la frecuencia de resonancia de la cavidad. 


Sistema de Sintonización en Frío



Para controlar la frecuencia de resonancia de la cavidad se utilizará el Sistema de Sintonización en Frío (SSF) mostrado en la figura. Se trata de una estructura metálica que conducida por un motor o unos actuadores piezoeléctricos (que se muestran en detalle en la parte derecha de la figura) comprimirá o expandirá las paredes de la cavidad modificando su frecuencia de resonancia. El motor es un actuador lento que permanecerá ejerciendo una presión constante durante la operación habitual de la cavidad. Por otro lado, los actuadores piezoeléctricos son actuadores rápidos que efectuarán el control de la frecuencia de resonancia en tiempo real.


Uso de Cookies Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar la experiencia de navegación, y ofrecer contenidos de interés. Al continuar con la navegación entendemos que se acepta nuestra política de cookies. Cerrar