Stodevadesátitunová krabička na cívku tokamaku

V továrně Mitsubishi Heavy Industries v Kobe na západě Japonska se právě na jedné z největších fréz na světe obrábějí části pouzdra cívky vytvářející toroidální pole pro tokamak ITER. Osmnáct takových cívek tvaru písmene D rozmístěných rovnoměrně kolem toroidální vakuové komory bude vytvářet magnetické pole udržující částice plazmatu uvnitř tokamaku. Tyto mohutné ocelové komponenty tvoří hlavní prvky struktury magnetického systému: nejenže ukrývají balíky dvou tisíc tun supravodivého vinutí pro toroidální elektromagnety, ale také kotví cívky poloidálního pole, centrálního solenoidu a korekčních cívek.

Během činnosti tokamaku ITER budou na tyto cívky působit obrovské elektromagnetické síly. Řádově několik stovek meganewtonů, nebo, chcete-li, jako by dolehla tíha desítek tisíců tun materiálu na jednu cívku! Masivní superstruktura pouzdra balíku vinutí toroidálního pole je navržena tak, aby těmto silám odolala. Každá cívka bude vyrobená z balíku supravodivého vinutí schovaného v pouzdře z nerezové oceli. Dohromady představují téměř jednu třetinu celkové hmotnosti magnetického systému.

Výrobu zajistí Japonsko

„Na konstrukci cívek pro tvorbu toroidálního pole – jedné z největších a nejtěžších částí magnetického systému – jsou upevněny cívky pro tvorbu poloidálního pole a korekční cívky. Jejich nastavení vyžaduje z důvodu minimalizace chyb magnetického pole velmi přesné obrobení s minimální tolerancí pouze několik málo milimetrů pro komponentu; ta bude po montáži 16 metrů vysoká a 9 metrů široká,“ říká Arnaud Devred, zástupce vedoucího Magnetické divize. „ITER Organization a japonská Domestic Agency při výrobě velmi úzce spolupracují. Adresátem poloviny struktur cívek pro toroidální pole vyrobených v Japonsku je evropská Domestic Agency. Pouzdra cívek jsou krásným příkladem spolupráce přes polovinu Zeměkoule.“

Japonsko vyrobí pro cívky pro toroidální pole tokamaku ITER 18 celých pouzder a devatenácté záložní.

Drobečkové

Každé pouzdro cívky se skládá z devíti částí, které jsou smontovány do vnitřního dílu (AU) a dílu vnějšího (BU). Jsou tu také vnitřní (AP) a vnější (BP) interní oblouky, které se budou instalovat po vložení svazku vinutí. Ve všech případech je třeba na jeden kryt cívky přibližně 190 tun vysokopevnostní nerezové oceli 316LN. Hmotnost celé superstruktury dosáhne 3 400 tun. Na svařování ocelových desek silných od 6 cm do 40 cm se musely vyvinout speciální svařovací techniky, odzkoušené nejprve na modelu a prověřené počítačovou simulací. Nesmí dojít k deformacím materiálu.

Materiály

Tokamak ITER bude používat tři typy supravodivého materiálu. Pro centrální solenoid a cívky toroidálního pole je navržena slitina Nb₃Sn, která neztrácí supravodivost ani v silném magnetickém poli. Ovšem něco za něco. Slitina je velmi obtížně zpracovatelná, je velmi křehká a tudíž je i drahá. Světová výrobní kapacita v roce 2007 nepřesahovala na počátku kampaně 15 tun za rok. Vyhovět požadavkům ITER, znamenalo výrobu zvýšit desetkrát! Lacinější Nb-Ti supravodivý materiál použijí cívky poloidálního pole, které fungují v relativně slabém magnetickém poli. Vysokoteplotní supravodič budou obsahovat průchodky z atmosférického tlaku do kryostatu vyčerpaného na technické vakuum. Pro cívky toroidálního pole bylo vyrobeno přibližně 500 tun měděných a niob-cínových (Nb₃Sn) mnohovláknitých-kompozitních lanek, posléze „spoutaných“ do kabelů a pokrytých ocelovým pláštěm.

Osmdesát osm kilometrů vodiče typu „kabel v trubce“ pro cívky toroidálního pole představuje přibližně 825 tun materiálu ceny odhadnuté na 350 miliónů EUR.

Poslední délková jednotka vodiče pro toroidální pole, která byla oplášťována v prosinci 2016 v konsorciu European ICAS v Itálii, je ze supravodivého kabelu vyrobeného Spojenými státy a z ocelovýchi rour koupených v Japonsku.

Devět let trvalo než v úzké spolupráci partnerských asociací s mateřskou ITER Organization, partneři ITER organization vyvinuli zařízení pro navíjení vodičů a jejich oplášťování [jacketing], spustili kvalifikační programy pro výrobu a zpracování a posléze zahájili zkušební programy pro získání standartizačních certifikátů na splnění technických specifikací ITER organization.

Výroba běží

V továrně Mitsubishi Heavy Industries v Kobe se nyní vyrábí série dílů pouzder cívek. Výroba běží podle plánu, takže první celé pouzdro bude k přepravě do Evropy připraveno v roce 2017. Smluvní partneři pak do něj vloží první evropský balík vinutí a po uzavření vše zavaří. Z 19 pouzder cívek vyrobených v následujících letech japonskými smluvními partnery, jich 10 poputuje do Evropy, devět dalších bude použito pro balíky vinutí pro toroidální pole vyrobených v Japonsku.

První kompletní cívku pro toroidální pole dodá na staveniště tokamaku ITER japonská Domestic Agency v roce 2018.

K použití obrázků dala laskavé svolení ITER Organization.

Volně podle Kristy Dulonové.

Milan Řípa

Popisky k obr.

Tab. Hlavní parametry cívek pro toroidální pole

K použití obrázků dala laskavé svolení ITER Organization.

Volně podle Kristy Dulonové.