Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 591

Ventil - ochrana stability

Padesát šest cyklotronových vlnovodů bude vstupovat do budovy tokamaku, aby dodalo 20 MW ohřevového výkonu do plazmatu ITER. Je nutné počítat s tím, že každý z průchodů by mohl působit jako porucha stability budovy během katastrofální události jako je zemětřesení nebo požár. Průmysl proto vyvíjí speciální ventily, které zlepší stabilitu objektu v „místě vstupu“ každého vlnovodu.

Fotogalerie (2)
Sekce elektron-cyklotronové frekvence v ITER a Domácí agentura USA pracují s vnějším kontraktorem – švýcarskou společností VAT vyrábějící ventily – na vývoji nové mikrovlnné komponenty. Na obrázku jsou členové týmu ve firmě VAT během návštěvy na počátku t

Elektron-cyklotronová frekvence ohřívá elektrony plazmatu paprskem elektromagnetického záření vysoké intenzity. Paprsky vyrobené 24 výkonnými vysokofrekvenčními (170 GHz) gyrotrony v Budově vysokých frekvencí putují přibližně 100 metrů dlouhým vlnovodem do tokamaku, kde elektron-cyklotronové antény vyzáří výkon do plazmatu. Elektronovou cyklotronovou frekvencí rotují elektrony kolem silokřivek magnetického pole. Je to jedna ze dvou  frekvencí, kterou se plazma v tokamaku ohřívá mikrovlnami. Druhou frekvencí je iontová cyklotronová frekvence o výkonu desítek megawattů.

Vrásčité vlnovody

Přenosové vedení je tvořeno vícenásobnými linkami hliníkových vlnovodů s vnitřním vrásněním, které mohou přenášet výkon do 2 MW jednou linkou po dobu 3 000 sekund, se špičkovou hustotou výkonu ve středu vlnovodu větší než 3GW/m2. Přenosové vedení má kruhový průřez (ø 63,5 mm) a má malé vrypy vyfrézované do vnitřní plochy, které snižují přenosové ztráty na hodnotu ≤ 10 %.

Dohromady přibližně 4 km přenosového vedení budou spojovat 24 gyrotronů z Budovy vysokých frekvencí pomocí 56 koncovek a deseti typů vlnovodných komponent. Hlavní mezičleny včetně zdrojů, antén, konstrukcí, vstupních přírub, vodních chlazení a pomocných vakuových systémů by mohly působit jako poruchy stability budov během katastrofální události, jako je zemětřesení nebo požár. Za 88 % elektron-cyklotronového přenosového vedení (včetně výzkumu a vývoje) odpovídá USA,  instalaci zbývajících 12 % zajistí ITER Organization.

Nové ventily nebudou vakuovou překážkou

Aby se riziko zmenšilo, bylo potřeba vyvinout zcela nové ventily. Instalují se v každém místě vstupu vlnovodů: jak do Budovy tokamaku, tak ve vstupních přírubách vakuové nádoby. Ventil nebude působit jako vakuová překážka, ale vytvoří bariéru omezující tok tritiového plynu (o tlaku menším než 1 mbar, tj. 100 Pa)  na litr za sekundu. Do vakuové komory jsou totiž v místech antén otevřené otvory. Jednoduše řečeno, z Budovy vysoké frekvence do vakuové komory tokamaku proudí žádoucí mikrovlnný výkon na elektron-cyklotronové frekvenci a opačným směrem nežádoucí plyn  deuteria s tritiem. Záklopka ventilu se zavře, když parametry unikajícího plynu překročí hraniční hodnoty litr za sekundu při 1 mbaru. Pro ventily je k dispozici omezený prostor, neboť do jedné průchodky je soustředěno až 24 vlnovodů.

Dvakrát měř...

Elektron-cyklotronová sekce v ITER a  Domácí agentura USA spolupracují s externím kontraktorem, švýcarskou společností vyrábějící ventily VAT, na vývoji nových mikrovlnných komponent s cílem zlepšit stabilitu okolí průniků vlnovodných vedení. Před začátkem práce na návrhu Sekce elektrono-cyklotronové frekvence ITER Organization a  Domácí agentury USA shromáždily zvláštní požadavky na ventily během různých podmínek zátěže (např. požár, zemětřesení, zvětšení tlaku v komoře, únik chladiva…) a specifikovaly požadavky na ventil pro každý jednotlivý případ. Požadavky pak firma VAT pečlivě analyzovala, aby zjistila, zda se na novou komponentu mohou použít známé technologie. Plán činnosti spočívá v návrhu prototypu izolačního záklopkového ventilu, výrobního postupu, harmonogramu zkoušek a posléze před „říznutím do živého“ – kontrolou bezpečnostními techniky ITER. Potom bude prototyp vyzkoušen pro vedení mikrovln, na vakuovou těsnost a nejpečlivěji z hlediska bezpečnosti. Pokud ventil projde všemi zkouškami, pak to znamená, že předepsané výrobní a zkušební operace jsou ověřené a lze přikročit ke konečnému schválení návrhu a k výrobě.

Nedávno členové týmů USA a ITER navštívili firmu VAT nedaleko města Buchs ve Švýcarsku, aby prověřili různé požadavky, odsouhlasili kroky vedoucí k finalizaci návrhu výroby prvního prototypu a zkontrolovaly kvalifikační procedury včetně svařování, zkoušení a odpovídající analýzy FEM (Finite Element Method, metoda konečných prvků, numerická metoda pro počítačovou simulaci, která dovoluje zobrazit šíření sil).

Volně podle Marka Hendersona, vedoucího Elektron-cyklotronové sekce.

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Data z mizejícího ledovce

Bolívijský ledovec Huayna Potosí se každým rokem zmenšuje a ustupuje do svahu. Ve výšce 5 100 metrů nad mořem je vzduch kolem něho řídký.

Druhý pokus na ITERu na výbornou

Transport sektorového modulu #7 vakuové nádoby do montážní jámy tokamaku ITER ve čtvrtek 10. dubna 2025 představoval ne „dva v jednom“, nýbrž „mnoho věcí v jednom“.

Malé a velké reaktory

Mezinárodní agentura pro atomovou energii ve Vídni předpovídá, že do roku 2050 se instalovaná kapacita jaderných reaktorů na světě zdvojnásobí – z 371 GW(e) v roce 2022 na 890 GW(e) do roku 2050.

Malinké želvušky přežijí i ve vesmíru

Droboučký živočich, želvuška (tardigrada) může přežít nehostinný chlad i smrtící ionizující záření ve vesmíru. Všudypřítomná mikroskopická zvířátka, ...

Kvantové počítače budou splněným snem hackerů

Můžeme zastavit hackery, kteří loví vše od vojenských tajemství po bankovní informace? Až se kvantové počítače stanou samozřejmostí, současné kryptografické systémy zastarají.

Nejnovější video

Stellarátory - budoucnost energetiky?

Zjímavý průřez historií jaderné fúze a propagace jednoho ze směrů výzkumu - stellarátorů. množstvím animací i reálných záběrů podává srovnání se současnými tokamaky.

close
detail