V ITER chrání zimu tuna stříbra

Přirozený je chaos, pořádek je podezřelý a příroda se mu brání. Jinými slovy, k udržení pořádku je třeba vynaložit energii. V moderním tokamaku, jakým bude ITER, bude potřeba udržovat pořádek například v teplotách. Zatímco ve vakuové komoře bude teplota 150 miliónů (a to už je opravdu jedno, jestli stupňů Celsia nebo kelvinů), jen pár metrů vedle ve vinutí supravodivých magnetů potřebujeme teplotu 4 kelviny. Udržet tyto dvě tolik rozdílné teploty spořádaně tak blízko sebe není vůbec jednoduché!

Magnetické pole vyrábějí supravodiče

Aby se atomová jádra slučovala, probíhala termojaderná fúze a aby se uvolňovala energie, potřebujeme 150 miliónů °C. A aby se superhorká hmota, plazma, nedotkla stěn vakuové komory, v níž fúze probíhá, je třeba ji tvarovat a stále směřovat do středu komory. To zařídí silné, kvalitní a dobře tvarované magnetické pole. Magnetické pole je generováno elektrickým proudem v supravodičích, které se díky zanedbatelnému ohmickému odporu průchodem proudu neohřívají a výroba magnetického pole tak nespotřebovává téměř žádnou energii. Čím větší je proud v supravodičích, tím intenzivnější je magnetické pole. Energii tak potřebujeme v podstatě pouze na kompenzaci tepelných, přesněji řečeno „chladových“, ztrát. Mimochodem dva základní systémy magnetických polí tokamaku ITER – cívky toroidálního a poloidálního pole – mají dohromady hmotnost jako Eiffelova věž: 7 000 tun!

Ztráty chladu

Zatímco tekuté helium proudící středem supravodivého kabelu vodič ochlazuje, notoricky známé procesy – vedení (přímý kontakt), proudění okolního kontaktem ohřívaného vzduchu a záření (elektromagnetické vlny) vodič zahřívají. Konstrukce fixující supravodič je provedena tak, aby zamezila ztráty vedením zevnitř i zvenčí supravodivých cívek na zanedbatelné minimum. Technické vakuum uvnitř kryostatu (gigantické termosky ve tvaru válce 30 m vysokého a s průměrem 30 m) ukrývajícího celý tokamak zamezuje ztrátám proudícím vzduchem. Zbývá se vypořádat se ztrátami zářením.

Tepelné stínění chrání zimu

Tepelné stínění není jen nějakým kusem plechu. Je to 850 tun kvalitní nerezové oceli (jsme v prostředí s poletujícími neutrony), která z obou stran obklopuje systém magnetických cívek: mezi vakuovou komorou a cívkami je tepelné stínění vakuové komory a mezi kryostatem a cívkami je tepelné stínění kryostatu. Tepelné stínění se skládá z 600 částí různé hmotnosti – od několika stovek kilogramů po téměř 10 tun. Je chlazeno plynným heliem na 80 stupňů (minus 193 °C). To ale není zdaleka všechno.

Tuna stříbra

Obě tepelná stínění musejí být neprůhledná pro tepelné záření, což zajišťuje vrstva stříbra! Stříbro je totiž nejúčinnější materiál – má nízkou emisivitu, tedy málo vyzařuje. Stříbrem je nutné pokrýt 600 součástek vrstvou síly 5 až 10 mikrometrů. Děje se tak galvanickým pokovováním, části jsou postříbřené ze všech stran, do pokovovací lázně se spotřebuje celkem tuna stříbra! Koupelemi komponent v 11 různých bazénech zajistí izolační vrstvu korejská společnost SFA Engineering Corp. v Changwon. Kvalita funkce pokrytí se zkouší na maketě skutečných rozměrů. Jedná se o velkou výzvu – vše musí být perfektní. Tolerance je minimální, neboť na montáž je neskutečně málo prostoru.  První sektor tepelného stínění by měl na staveniště dorazit v polovině roku 2018. Bude instalován naproti odpovídajícímu segmentu vakuové komory a dvěma cívkám toroidálního pole. Montáž celého stínění by měla trvat pět až šest měsíců. Ve výsledku nebude stínění vůbec vidět.

Ilustrace použity s laskavým svolením ITER Organization.