正確な配置、効率的な実験

気候変動に配慮したエネルギー供給のためのレーザー核融合の研究開発

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実験が行われる高真空チェンバーの圧力範囲は10^-4パスカルです。この極めて低い圧力は、大気圧の約10^5をはるかに下回るため、最大8時間のポンプダウン時間を持つ特別な真空ポンプを必要とします。そのため、実験を効率的に行うことが重要です。「カメラのおかげで実験を観察し、測定装置を制御することができるのです。」とCaya Momm氏（購買部）は言う。

その結果、GigE uEye LEカメラシリーズのモデルが選ばれました。カメラの周囲には特別に開発された保護ハウジングがあり、核融合実験中に起こりうる過酷な条件や強い電磁パルスに耐えることができます。このいわゆるEMPカメラボックスは、高エネルギー放電からカメラの回路部品を保護します。「この設計により、最適な機能性と信頼性が保証されます」とKyle Kenney氏（ラボ・エンジニア） は言います。



真空チェンバー内の測定装置の位置合わせ

しかし、カメラには一体何が映っているのでしょうか？
実験中、一部のカメラはミラーの反射とレーザーの位置合わせをチェックするように配置されます。真空チェンバー内の追加カメラが上部構造の配置を監視します。「これは、チェンバー内の電動アセンブリを外部から制御するために必要なことです。IDSカメラは、測定装置、検出器、センサー、ミラーを制御します。」と語るのは、レーザー実験ごとに最大20台のIDSカメラを使用することを概説するKyle Kenney氏。カメラ使用の主な側面は、それに応じて多岐にわたります：

• 光学系の配置調整カメラはミラーの正しい位置決めを確認します。
• 衝突回避：チェンバー内のオーバービューカメラにより、モーター駆動の上部構造との衝突をリアルタイムでモニタリングします。
• 超精密焦点：もう一組のカメラは、レーザーのターゲットに的確に焦点を合わせ、正確なレーザーターゲット捕捉を可能にします。
• レーザーパルスとの同期：正確でエラーのないデータを得るためには、カメラはレーザーパルスと同期していなければなりません。
すべてのタスクを1台のカメラモデルで実行します：Marvel Fusion社は、シングルボードGigEカメラUI-5241LEとSマウントを選択しました。
「当社の省スペースプロジェクトカメラは、高解像度、高速、小型で、これらのタスクをすべて解決できます」と、IDS のエリアセールスマネージャー、Markus Schickner氏は説明します。GigE uEye LE は 45 x 45 mm のコンパクトなサイズで、今回のようなお客様独自の組み込みプロジェクトに最適です。EMP ハウジングに正確に組み込むことができ、GigE インターフェースにより最大 100 mのケーブル長が可能です。このカメラモデルは、e2v製の1/1.8インチCMOSセンサーを搭載しており、解像度1.3メガピクセル（1,280 x 1,024）、フレームレート50 fpsを実現します。このほか、レーザーパルスに同期するトリガーなどの特別な機能と価格も、モデル選択の決め手となりました。uEye LE は必要不可欠な機能に絞られているため、お手頃な価格となっています。一方で、このマルチインテグレーテッドモデルは汎用性に優れているため、さまざまな要求に対応するために特殊なカメラを用意する必要はありません。このため、実験に使用する最大20台のカメラの取り扱いが大幅に簡素化されます。
「このカメラは、私たちのレーザー実験で効率的に機能するように設計されています。」とCaya Momm氏は述べ、カメラの多用途性を認めます。「また、レーザー実験の直接かつ連続的なライブ伝送も可能です。これにより、真空チェンバーに入る必要が部分的になくなります」と彼女は付け加えます。安全面は、カメラボックスの強固な密閉性によって確保され、粒子が漏れるのを防ぎ、真空チェンバーの完全性を汚染から効果的に保護します。



イオン測定用トムソン・パラボラのキャリブレーション

キャプチャされた画像情報は、オープンソースソフトウェアフレームワークのTango Controlsを使用してさらに処理され、IDSカメラはGigE Vision規格インターフェースを介して迅速かつ簡単に組み込むことができます。Tango Controlsは、分散システムにおけるデバイスの制御と監視を可能にし、このような複雑なデバイスの統合と制御を必要とする科学施設や研究所のために特別に開発されました。IDSカメラだけでなく、システムに統合された他のすべての機器は、ネットワーク経由で個別に制御できます。同時に、Tangoはイベントベースの通信をサポートしており、実験中に必要な時にすぐに実験セットアップやビジョンシステムにリアルタイムで反応し、調整することができます。カメラから供給されるライブ画像は、Tango Controlsによって即座に処理され、配信されます。「レーザーの位置が正確に特定できたので、結果は非常に満足のいくものでした。画像処理によって、リニアドライブで光学系の位置を正確に定義したり、再調整したりすることができます。」とOscar Juina氏（電気技師）は語ります。



レーザーシステムのチェック

今後の展望
「この品質のEMPハウジングを備えた特別設計のカメラは、通常、入手が困難で非常に高価です。」とMarvel Fusionの購買担当、Caya Momm氏は説明します。「IDSカメラの適応性と可用性は、私たちにとって貴重なものです。現在、限られた時間で研究実験に集中しているため、必要な数量はまだ少ないのです。しかし、将来的には、より大規模な核融合実験や将来の核融合発電所へのスケールアップが計画されているため、この状況は変わる可能性があります。」同社によると、2026年までにコロラド州に世界最強の短パルスレーザーシステムを建設し、2030年代半ばまでに最初の商業用発電所を建設する予定で、2045年までにエネルギー供給に大きく貢献することを目指しているとのことです。
レーザー核融合の進歩と革新的なエネルギー源としての可能性は非常に重要です。世界のエネルギー供給におけるCO2排出量を大幅に削減する可能性を秘めています。

画像の権利：Marvel Fusion GmbH

クライアント


2019年に設立されたミュンヘンを拠点とするMarvel Fusion社は、安全でクリーンかつ信頼性の高いエネルギー生成の分野における技術のパイオニアです。人類最大の問題のひとつを解決するため、このディープ・テクノロジー企業は、核融合の確率を飛躍的に高め、レーザーとナノ科学の最近の進歩を基礎とした、まったく新しいタイプの核融合エネルギー技術を開発しています。

カメラ
uEye LE - 手頃な価格で省スペースのプロジェクトカメラ
使用されたモデル：UI-5241LE-MB
カメラファミリー：uEye LE



著者
Silke von Gemmingen
IDS Imaging Development Systems GmbH
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