Cryogenic Vessel Structural Analysis for ILLSUPERSUN proyect

El siguiente trabajo abarca el análisis estructural de la trampa de neutrones diseñada y fabricada por Elytt Energy para su uso en proyecto “SuperSUN” en el “Institut Laue Longevin” (ILL) en Grenoble, Francia.
En ese trabajo no se contempla el uso de la trampa de neutrones, su foco es principalmente en análisis estructural. Para ello, se dividirá la vasija en tres componentes, la vasija de vacío, cuyo propósito es crear una atmósfera de vacío necesaria tanto para aislamiento térmico como para poder observar los neutrones sin que colapsen con otras partículas, la vasija de helio, que se encarga de asegurar un flujo constante de helio superfluido que mantenga las temperaturas necesarias para asegurar la creación de neutrones ultra fríos y por otro lado de asegurar la superconductividad, y por último el tubo que guiará los neutrones que será referido como solenoide.
Los mayores problemas estructuras vendrán por dos razones. Primeramente, los tubos por los que el helio es alimentado son de poco diámetro y espesor, para minimizar las pérdidas térmicas. Esto los hará doblarse con facilidad y también significa que son especialmente susceptibles a fallo por pandeo. Por otro lado, el solenoide es de un espesor muy bajo, 0.3mm en su diseño original, para que el campo magnético pueda estar lo más cerca posible de los neutrones manteniendo una distancia lo más grande posible con las paredes del solenoide. Este elemento de tanta complejidad estructura, 3m de largo y menos de 1mm de espesor trae consigo muchos problemas en cuanto a rotura plástica y a fallo por pandeo.
Por otro lado, se determinarán las soldaduras a emplear en la vasija siguiendo la norma pertinente, y se desarrollarán los planos del elemento.

The following project covers the structural analysis of the neutron trap designed and manufactured by Elytt Energy for the “SuperSUN” project in the “Institut Laue Longevin” (ILL) investigation center in Grenoble, France.
In this paper, no matters related with the use of the neutron trap are studied, it is focused mainly in its structural analysis. To do so, it will focus in three components, the vacuum vessel, which will create an vacuum atmosphere needed both for thermal insulation and so that the neutrons may be observed without them mixing with other particles, the helium vessel, which will provide and house the superfluid helium to keep the extremely low temperatures needed both for superconducting, and for the creation of ultra-cold neutrons, and lastly the tube which will guide the neutrons, which will be referred to as solenoid.
The greatest structural issues will come for two reasons. Firstly, the tubes from which the helium is fed are of low diameter and thickness, to minimize thermal losses. This will make them bend easily, and they can also be subject to failure by buckling. On the other hand, the solenoid is of very low thickness, 0.3mm in its original design, so that the magnetic field can be as close to the neutrons as possible, and they can be as far away from the solenoid walls as possible. This component of such complex geometry, 3m long, and less than 1mm thick, will be highly susceptible to plastic failure, and to buckling failure.
On a separate manner, the welds of the vessel will be determined following the pertinent codes, and the engineering drawings will be developed.