Jak na supravodivá spojení?

Jedny z prvních komponent instalovaných v tokamaku ITER budou napájecí systémy magnetů, které přivádějí tekuté helium pro kryogeniku supravodičů, mohutný elektrický výkon do vinutí cívek a řídicí i měřicí signály systému supravodivých magnetů. Části vyrobené v Číně budou dopraveny po vodě na stavbu, kde specializované skupiny smontují a instalují všechny komponenty. Nejchoulostivější část montážních prací – vytvoření supravodivých spojek – byla předmětem mnohaletého kvalifikačního programu.

Napáječ magnetů tokamaku ITER se skládá ze dvou supravodivých sběrnic, páru vodičů elektrického proudu, několika chladicích trubek, kterými proudí kryogenická chladicí tekutina a vysokonapěťových a nízkonapěťových vodičů chráněných potrubím. Během montážní činnosti na stavbě se budou muset vyrobit stovky supravodivých spojek, aby se mohly smontovat segmenty sběrnic, a pak připojit tyto sběrnice ke koncům vinutí cívek. Tato práce je jednou z nejnáročnějších částí montáže – uvnitř montážní arény Tokamaku ji provedou pečlivě připravené skupiny.

Čína uspěla

Čínský ústav ASIPP patří ke špičce ve výzkumu a vývoji spojek napáječů magnetů pro tokamak ITER. Jeho skupiny vyrobily kvalifikační vzorky spojek pro optimalizaci a potvrzení klíčových výrobních postupů a ověření výroby v rámci prostorových omezení v Tokamakové jámě. Nedávno byl naměřen v laboratoři ASIPP elektrický odpor vzorku spojky hlavní sběrnice (Main Busbar) – typu, který bude spojovat sběrnici s vinutím cívek toroidálního, resp. poloidálního pole a centrálního solenoidu, a výsledky znamenaly jednoznačně úspěch. Byla dosažena stabilní hodnota ~0,2 nΩ (1 nΩ = 10^-9 Ω) při 70 kA a hodnota vydržela jak cykly tepelné, tak i 30 000 únavových cyklů mechanických. Tyto výsledky vyhověly technickým specifikacím Dohody o dodávce napáječů magnetů, podepsané v roce 2011 mezi ITER Organization a Chinese Domestic Agency.

Důvěřuj, ale prověřuj

V rámci spolupráce MIFI (Magnet Infrastructure Facilities for ITER) mezi Organizací ITER a Francouzskou komisí pro alternativní a atomové energie (CEA), byl vzorek spojky znovu vyroben, co by kamenem dohodil od místa stavby tokamaku ITER. Aby si osvojila techniku, která bude muset být použita na místě stavby tokamaku ITER během montáže, ITER Organization zopakovala tuto činnost blíže k domovu. Vzorek byl převezen k testovacímu zařízení SULTAN ve Švýcarsku, k jedinému zařízení na světě schopnému vyrobit magnetická pole, intenzitu proudu a teploty odpovídající podmínkám činnosti v prostředí tokamaku ITER. Jedná se o první příležitost, jak ověřit výkon vzorku spojky při různých magnetických polích a studovat stabilitu distribučních charakteristik elektrického proudu – důležitých kroků k zajištění toho, aby spojky pracovaly tak, jak se čeká. Odpor vzorku spojky byl úspěšně otestován (v podmínkách při budoucí činnosti v prostředí tokamaku ITER) s výsledkem 0,85 nΩ při 3,8 T a 68 kA. Sledovalo se jeho chování během několika tepelných a tisíce elektromagnetických cyklů.

Těžko na cvičišti, lehko na bojišti

Výjimečnost supravodivých spojek napáječů spočívá v tom, že mohou být vyzkoušeny až při provozu zařízení. „Protože jejich montáž patří mezi nejrizikovější prvky montáže tokamaku, je velmi důležité dodržet všechny kvalifikační postupy a pečlivě vycvičit posádku, která je bude montovat v Tokamakové jámě,“ vysvětluje Arnaud Devred, který vede Sekci supravodivých systémů a příslušenství (Superconductor Systems and Auxiliaries Section). „Cvičení spočívající ve výrobě a zkoušení vzorku hlavní spojovací sběrnice jsou důležitým krokem tímto směrem a odrážejí několik let tvrdé práce napáječové skupiny v MIFI.“

(Volně podle Hyungjunga Kima aChena-YuGunga, ITER Magnets Division)