Evropa dokončila magnet ve tvaru D

První z deseti cívek toroidálního pole, které má dodat Evropská domácí agentura ITER Fusion for Energy, je připravena k odeslání. Je to první výstup desetiletého programu, do kterého je zapojeno více než 700 lidí a 40 společností.

Uvnitř masivního konstrukčního ocelového pouzdra je skryté supravodivé vinutí vyrobené z niob-cínového kabelu. Uvnitř tokamaku ITER budou pevně spojena ocelová pouzdra osmnácti cívek toroidálního pole, čímž se vytvoří konstrukce, na kterou lze ukotvit cívky poloidálního pole, centrální solenoid a korekční cívky.

Po úspěšných továrních přejímacích testech 11. února byla tato hlavní součást ITER schválena pro odeslání. Komponenta vážící 320 tun odpluje z italského přístavu Marghera (Benátky) do francouzského přístavu Fos-sur-Mer. Po převozu přes Středozemní moře a poté po 106 km dlouhé silnici by podle itineráře ITER měl magnet ve tvaru D dorazit na staveniště tokamaku ITER 3. dubna.

„Evropský magnet bude první z osmnácti cívek toroidálního pole a bude také první evropskou komponentou takové velikosti,“ uvedla agentura v tiskové zprávě zveřejněné dne 9. března.

Výroba počínající navinutím supravodičů z niobové slitiny s cínem a vrcholící konečným obrobením je složitým průmyslovým dobrodružstvím. Evropská agentura pro ITER „Fusion for Energy“ úzce spolupracuje s evropským průmyslem ve všech fázích procesu: firma Luvata dodává pramen měděných vláken, Oxford Instruments zajistí supravodivé technologie, Bruker European dodává pokročilé supravodiče niob-cín, konsorcium ICAS (ENEA, Tratos a Criotec) kabeláž, opláštění a navíjení supravodičů, CNIM a SIMIC zajišťuje výrobu radiálních plechů, konsorcium ASG (ASG Superconductors, Iberdrola Ingeneria, Elytt Energy) vytvoří supravodivé vinutí a konečně SIMIC a subdodavatel BabcockNoell obstará konečné výrobní kroky včetně testování za studena, vložení balíku vinutí do ocelového pouzdra a konečného svařování a obrábění. Celkem se výroby první D cívky zúčastnilo 700 lidí z nejméně 40 společností.

Osmnáct cívek toroidálního pole ve tvaru písmene „D“ umístěných kolem vakuové nádoby ITER vytvoří magnetické pole, jehož primární funkcí je omezit únik plazmatu na stěny komory. Cívky toroidálního pole jsou navrženy tak, aby produkovaly maximální magnetické pole 11,8 tesla a uložily 41 GJ energie. Hmotnost jedné cívky je více než 300 tun a rozměry 9 m × 17 m. Patří mezi největší součásti zařízení ITER. Evropská domácí agentura je odpovědná za dodávku deseti cívek toroidálního pole. Japonská domácí agentura vyrábí osm kompletních cívek plus jednu cívku náhradní, stejně jako všechny kryty z konstrukční oceli. První cívka ITER z Japonska opustila přístav Kobe na začátku března.

Po dodání do projektu převezmou stavební týmy ITER přípravu magnetických cívek k montáži. Mechanické přípravné činnosti zahrnují svařování chladicích trubek a kabelových žlábků, upevnění svorek pro upevnění dalších cívek a svařovací rozhrání.

Cívky toroidálního pole tokamaku ITER

Osmnáct výkonných supravodivých magnetů bude plazma ITERu dosahující 150 milionů °C izolovat od stěn vakuové komory. Cívkami bude protékat 68 000 A, které generují magnetické pole intenzity 11,8 T (přibližně tisícmilion-krát silnější než magnetické pole Země). Evropa vyrobí deset cívek toroidálního pole a Japonsko osm a jednu náhradní. Budou to největší niob-cínové (Nb-Sn) magnety, které kdy byly vůbec vyrobeny. Předčí i supravodivé magnety v Large Hadron Collideru v Cernu. Na výrobě evropských cívek se podílí více než 700 lidí ze 40 společností.

Každá cívka je přibližně 14 metrů vysoká a 9 metrů široká, její hmotnost s pouzdrem dosahuje 300 tun, což představuje hmotnost dopravního letadla Boeingu 747.

Postup výroby

Příprava „Double Pancake“ - dvojité palačinky

750 metrů supravodiče se smotá do dvojité spirály, která se vejde do drážek radiálních desek. Výchozí materiál se stane supravodivým po zahřátí na 650 °C v inertní atmosféře. Pak je supravodič usazen do drážek po obou stranách radiálních nerezových desek.

Vodič: centrální chladicí kanál, supravodivé kabely, přívod helia, kaptonová páska, skelná páska

Double Pancake

Vodič se zabalí a elektricky izoluje pomocí několika vrstev skelné a kaptonové pásky. Krycí pláty jsou pak sestaveny a laserově svařeny. V této podobě se mu říká Double Pancake (dvojitá palačinka). Pak se opět zabalí a elektricky izoluje skelnou a kaptonovou páskou před impregnaci pryskyřicí. Vakuové stlačení odstraní nežádoucí prázdná místa – mezery a bubliny. Jednou zakonzervovaná pryskyřice je mechanicky pevná, izoluje a zachovává elektrické vlastnosti.

Dvojitá palačinka (Double Pancake, DP): vodič, krycí desky, kaptonová páska, skelná páska, izolace po impregnaci pryskyřicí, radiálníD-deska

Winding Pack

Sedm dvojitých „palačinek“ se vodivě propojí do tzv. Winding Pack (balíku vinutí), což je vlastně jádro magnetu. Balík vinutí se vysuší ve vakuu při teplotě 110 °C, aby se odstranila nežádoucí vlhkost a nakonec se vstříkne pryskyřice, aby vyplnila celý prostor elektrickou izolací. Potom se winding packy několikrát zkouší, aby se inženýři ujistili, že komponenty jsou v pořádku a vyhovují projektu.

Balík vinutí: standardní dvojité palačinky (5×), postranní dvojité palačinky (2×), kaptonová páska, skelná páska, izolace po impregnaci pryskyřicí, izolační nátěr

Finální cívka toroidálního pole

Konečně je winding pack vsunut do masivního nerezového pouzdra o hmotnosti téměř 200 tun, pevného natolik, aby vydrželo obrovské síly generované během činnosti magnetů.

Zdroj: https://fusionforenergy.europa.eu/uploads/documents/F4E_press_release_ITER_Magnet.pdf