Japonsko a Evropa dokončily montáž celosupravodivého tokamaku JT-60SA

Ve stínu šampiona – tokamaku ITER - probíhala montáž, z níž se vynořil největší tokamak na světě, japonský JT-60SA (Super Advanced). Pokud se jej podaří oživit podle plánu už koncem tohoto roku, bude skutečně největším činným tokamakem. Se svými 130 m³ plazmatu překoná oxfordský JET (Joint European Torus) o 50 m³. JT-60SA je třetím celosupravodivým tokamakem, které jsou jen v Asii, a to v Číně, Jižní Koreji a nyní i v Japonsku.

Tokamak JT-60SA v japonském Naka je určen ke studiu pokročilé fyziky plazmatu na podporu budoucího provozu tokamaku ITER a jeho následníků. Po sedmi letech montáže je projekt financovaný a realizovaný ve spolupráci s Evropou připraven ke startu. Poslední dílčí montáž hlavního korpusu – zakrytí kryostatu víkem - byla dokončena v březnu 2020. Spouštění tokamaku je naplánováno na konec roku. Bude to řada funkčních testů (vakuové čerpání, vychladnutí magnetu atd.), a konečně i zažehnutí prvního plazmatu. To by mělo nastat právě pět let před plánovaným zahájením provozu ITER.

„Širší přístup“

JT-60SA je součástí dohody o Širším přístupu (Broader Approach), společného programu výzkumu a vývoje jaderné syntézy, schváleného a spolufinancovaného Evropským společenstvím pro atomovou energii (Euratom) a japonskou vládou zastoupenou Ministerstvem pro vzdělání, kulturu, sport, vědu a techniku (MEXT). Dohoda, která byla podepsána v roce 2007, zahrnovala  také podmínku, že ředitelem Organizace ITER bude Japonec. Po dvou pokusech s japonskými řediteli Kaname Ikedou  a Osamu Mojimou však Organizaci ITER v současnosti řídí Francouz Bernard Bigot. Další součástí smlouvy bylo postavení IFMIF (zařízení na zkoušení odolnosti materiálu vůči ostřelování neutrony), možnost ovládání tokamaku ITER z Japonska a společné práce na následném tokamaku DEMO. Zdá se, že v Širším přístupu se zatím nejlépe prosadil pouze celosupravodivý tokamak JT-60SA a i kdyby zůstalo jen při něm, není to rozhodně málo!

Vylepšené zařízení nahrazuje tokamakový experiment, který fungoval v institutu Naka Fusion Institute v letech 1985 až 2008 (nejprve jako JT-60, poté jako JT-60U). Používá původní budovy, ohřevové zařízení neutrálním svazkem (NBI), některé zdroje napájení a pomocná zařízení. Všechny rozměrné součásti – včetně vakuové nádoby, supravodivých magnetů a vše pokrývajícího kryostatu - byly modernizované a vyrobil je Národní ústav pro kvantovou a radiologickou vědu a technologii (Quantum and Radiological Science and Technology QST, Japonsko) a Evropská domácí agentura pro ITER (European Domestic Agency for ITER, Fusion for Energy).

Parametry satelitu podporujícího projekt ITER

JT-60SA                ITER

Velký poloměr [m]                                        ≈ 3,0                     ≈ 6,2

Malý poloměr [m]                                         ≤ 1,18                  ≤ 2,0

Proud v plazmatu [MA]                                ≤ 5,5                     ≤ 15

Toroidální magnetické pole na ose [T] ≤ 2,3/NbTi              ≤ 5,3/Nb₃Sb

Protažení plazmatu                                       ≤ 2,0                     ≤ 1,8

Trojúhelníkovost plazmatu                          ≤ 0,5                     ≤ 0,5

Objem plazmatu                                            ≈ 130                    ≈ 840

Délka induktivně buzeného pulzu               100                       ≥ 400

Zdroj: www.jt60sa.org (The Project/Relation to ITER).

JT-60SA je plně supravodivý tokamak schopný udržet vysokoteplotní deuteriové plazma během pulzů dlouhých 100 sekund, s proudem v plazmatu až ≈ 5,5 MA, velkým výkonem dostatečným pro ohřev plazmatu, buzením proudu a s vodou chlazeným divertorem odolávajícím tepelným tokům 15 MW/m². Bude schopen pracovat s různými průřezy plazmatu (protaženými či trojúhelníkovými) a proměnným „aspect ratio“ (poměrem velkého a malého poloměru vakuové komory). S objemem plazmatu ≈ 130 m³ se zařízení ujímá vedení coby největší činný tokamak na světě - tedy od prvního plazmatu až do odstartování tokamaku ITER, který má štafetový kolík převzít v roce 2025.

Jeho specifické parametry umožní týmu se sídlem v Nace provádět výzkum klíčových fyzikálních otázek pro ITER a pro jeho následníka DEMO, např. vývoj optimalizovaných operačních režimů; otázky stability a kontroly, transportu a udržení a chování částic s vysokou energií; fyziku piedestalu a okrajového plazmatu; vzájemného působení plazmatu s materiálem; fúzního inženýrství; teoretických modelů a simulačních kódů.

Výměny vědců i materiálů

Již nyní budou pro Organizaci ITER velmi cenné zkušenosti s montáží, instalací, uvedením do provozu a spuštěním JT-60SA. Díky třístranné dohodě podepsané v listopadu 2019 mezi Organization ITER, Rokkasho Fusion Institute a Fusion for Energy (Evropskou agenturou F4E) bude projekt ITER těžit ze znalostí a zkušeností získaných vývojem projektů patřících Širšímu přístupu, zejména týkajících se tokamaku JT-60SA. Trojstranná dohoda předpokládá výměnu údajů a informací; výměnu vědců, techniků a dalších technických odborníků; výměnu zařízení, materiálů a přístrojů; a společně prováděné experimenty, včetně experimentů vzdálené účasti.

Sestavení trvalo sedm let (2013–2020)

Veřejné zakázky na komponenty byly sdíleny, přičemž Evropa přispěla cívkami toroidálního pole, vedením z vysokoteplotního supravodiče, kryostatem, kryohospodářstvím a částí napájecích zdrojů, zatímco Japonsko dodalo cívky poloidálního pole, vakuovou nádobu, komponenty uvnitř komory, základní napájecí zdroje, tepelné štíty, rozšíření kryostatových portů, montážní, demontážní a dálkové manipulační nástroje.

Po březnovém uzavření kryostatu horním víkem - posledním slovem dlouhé montážní věty hlavního tělesa - zaslal generální ředitel Organizace ITER Bernard Bigot gratulaci: „Nejsrdečnější gratulace týmu k úspěšnému dokončení tokamaku JT-60SA, skvělé demonstrace schopnosti QST a spolupráce Evropy a Japonska s cílem dokončit tento kritický milník konstrukce tokamaku včas. Těšíme se na letošní podzim, těšíme se na první plazma tokamaku JT-60SA.“