Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 458

Montáž ITER: první cívka poloidálního pole je na místě

Největší tokamak na světě staví v Cadarache na jihu Francie sedm partnerů: EU, Rusko, Čína, USA, Japonsko, Jižní Korea a Indie. Palivem bude směs deuteria a tritia ve stavu plazmatu. V předchozích článcích jsme psali o jednotlivých součástech zařízení i o cívkách poloidálního pole - jednoho z magnetických polí, která tokamak potřebuje k udržení plazmatu. Dnes budeme psát o cívce č. 6 (PF6). Zdá se být velká a masivní, má průměr 10 metrů a hmotnost 330 tun. Ale všechno je relativní. Ve čtvrtek 21. dubna 2021, kdy byla cívka vyjmuta z nosného rámu a zvednuta 25 metrů nad hlavy dělníků, aby byla přenesena do montážní jámy tokamaku, se vnímání její velikosti dramaticky změnilo: ve srovnání s obrovským objemem montážní haly se najednou zdála malá. Vypadala jako ocelový frisbee (dětský házecí disk) pomalu klouzající prostorem.

Fotogalerie (8)
Po úspěšné čtyřhodinové zkoušce zdvihu z předchozího dne jsou operátoři připraveni. Před zahájením operace se provádí řada závěrečných kontrol. (Kredit ITER Organization, http://www.iter.org/)

PF6 je tlustá a těžká, protože má více vrstev vodičů než jakákoli jiná ze šesti cívek poloidálního pole a více závitů vodiče na vrstvu. Bude umístěná ve spodní části tokamaku jako tzv. „divertorová cívka“, jejíž hlavní funkcí je vytvořit nulový bod pole, který umožňuje odstranění heliového popela z plazmatu. „Aby bylo nulové magnetické pole v nulovém bodě pole divertoru, musí spodní magnet generovat pole stejné intenzity jako pole, které vytváří elektrický proud v plazmatu - ale s opačnou polaritou,“ vysvětluje Nello Dolgetta z magnetické sekce ITER . „A to je důvod, proč je PF6 navzdory svému relativně malému průměru tak těžká. Jelikož magnetické pole je definováno intenzitou elektrického proudu krát počet závitů vodičů, máme v PF6 o 30 až 50 procent více závitů než v ostatních cívkách poloidálního pole.“

Zadání z Evropy do Číny

PF6 vyrobili v Ústavu fyziky plazmatu Čínské akademie věd (ASIPP). „Problém, s nímž jsme se potýkali, spočíval v tom, že první dvě instalované cívky, PF6 a mnohem větší PF5, musely být dodány téměř ve stejnou dobu,“ vysvětluje Alessandro Bonito-Oliva, programový manažer magnetů v Evropské domácí agentuře Fusion for Energy. „Vzhledem k tomu, že v místním navíjecím zařízení nebylo dost místa na instalaci dvou paralelních výrobních linek, diskutovali jsme o problému s různými domácími agenturami a nakonec jsme zjistili, že ASIPP je nejlepším potenciálním dodavatelem.“ Výroba cívky PF6 trvala sedm let, dokončena byla v září 2019. Podle slov Alessandra šlo o kolektivní úspěch Evropy a Číny při výrobě prvotřídní komponenty. Cívka PF6 se plavila přes řeku Jang-c 'do Šanghaje, pak v březnu 2020 do čínského přístavu Hefei a v červnu pak dorazila lodí do francouzského přístavu Fos-sur-Mer. Aby ji bylo možné přepravit na staveniště ITER, bylo nutné upravit nebo rozšířit několik částí silnice vedoucí ke staveništi.

Tolerance 4 milimetry

Zvedání, manipulace a instalace cívky PF6 dne 21. dubna 2021 představovalo osmihodinovou operaci za pomoci složitého systému lanoví schopného otáčet cívkou a polohovat ji s tolerancí 4 milimetry. Závěsný systém se skládal z 92tunového dvojitého jeřábu s těžkým nosníkem (který se také používal ke zvedání prvního sektoru vakuové nádoby), 42tunového zvedacího rámu a sady zvedacích adaptérů. Komplex o celkové hmotnosti přibližně 480 tun představoval třetí nejtěžší břemeno po základně kryostatu a sektoru vakuových nádob přepravovaných od května 2020 do dubna 2021. Den před operací provedl tým zkoušku zdvihu a vyhodnotil riziko s tím, že nebude kompenzovat mírnou nevyváženost v těžišti součásti způsobenou rozhraním připojení zdrojů elektrického proudu a tekutého helia o hmotnosti jedné tuny, který vyčníval zpod cívky na jedné straně. „Mírné naklonění cívky nepřesáhlo jeden stupeň a zůstalo v toleranci,“ vysvětlil Jens Reich, vedoucí divize Dodávky a montáže částí vakuové komory, když se cívka v pozdních odpoledních hodinách usadila na své podpěry. „Všechno proběhlo dokonale a hladce. Uf!“ Cívka zůstane na dočasných podpěrách během instalace všech devíti podsestav sektorů vakuové nádoby - to je několik let!

Dvakrát měř a jednou řež

Po základně kryostatu, spodním válci kryostatu, spodním tepelném štítu kryostatu a prvním sektoru vakuové nádoby byla instalace PF6 pátým nejtěžším úkolem montážní posloupnosti. „Hodně jsme se naučili,“ říká Jens. „Z organizačního hlediska bylo důležité přesně definovat, kdo je za co zodpovědný v každém bodě instalační posloupnosti. Těsná spolupráce s našimi dodavateli byla předpokladem, abychom se vyhnuli nedorozuměním. Ale především jsme si znovu potvrdili známou zkušenost, že je třeba zkoušet a znovu zkoušet, zvláště když musíme obsluhovat tak složité vybavení, jaké jsme použili při instalaci cívky PF6, a znovu použijeme pro cívku PF1 a zejména pro tisícitunový(!) centrální solenoid.“

PF6 zůstane na svých dočasných podpěrách několik let, dokud nebude nainstalováno a svařeno všech devět sektorů vakuové komory. Hned po dohotovení vakuové komory hydraulický systém dočasných podpěr nadzvedne cívku a ukotví ji k nástavbám cívek toroidálního pole. Podobná posloupnost bude  i při montáži další cívky poloidálního pole (PF5, průměr 17 metrů) letos v létě. 

 Obr.: Průřez vakuovou komorou tokamaku, kde Z je osa rotační symetrie vakuové komory. Je vidět, že část silokřivek se uzavírá v komoře a menší část na okraji je otevřená a míří na terče divertoru. Po nich kloužou nečistoty vstříc svému „zneškodnění“. Po neutralizaci jsou totiž nečistoty odčerpány. Místo zvané X-bod (nulový bod) je v obrázku zřetelné. Nulový bod má na svědomí cívka PF6 protékaná stejně velkým proudem opačného směru než je proud v plazmatu. Aby splnila tento požadavek, má divertorová cívka PF6 více vodičových vrstev než jakákoli jiná cívka poloidálního pole (devět dvojitých „palačinek“ neboli 18 vrstev) a více závitů vodičů na vrstvu (25,5), takže je poměrně tlustá a těžká.

(Všechny obrázky kredit ITER Organization, http://www.iter.org/)

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Jak pozná mobil ze signálů GPS mou polohu?

Systém GPS (údajně "Gde Proboha 'Sem?") umožní vašemu přijímači aby našel svou polohu na Zemi ze signálů vysílaných družicemi systému.

Earth 300 bude první superjachtou s jaderným pohonem na světě

Projekt Earth300 je nejen první superjachtou s jaderným pohonem na světě, ale má se stát extrémní technologickou platformou pro vědu, průzkum a inovace na moři.

Skrytý svět pod nohama Brňanů

Hluboko pod ulicemi Brna leží na dvě desítky kilometrů důmyslných staveb, díky nimž do tisíců brněnských domů proudí voda či elektřina. Síť podzemních kolektorů moravské metropole se ...

Města budoucnosti, která fungují již dnes

Už dnes využívá mnoho měst technologie a inovace, které zlepšují život občanům. Mohli bychom je označit za města budoucnosti - určitě by si obyvatelé i jiných měst přáli, aby se jim žilo lépe a snadněji.

Den s experimentální fyzikou 2021

Každoroční akce Den s experimentální fyzikou (DSEF), organizovaná Fyzikálním korespondenčním seminářem (FYKOS), se letos uskutečnila 8. listopadu.

Nejnovější video

Jak funguje PCR test na coronavirus

Krásně a jednoduše vysvětleno se srozumitelnými animacemi. V angličtině.

close
detail