Integrované uvádění ITER do provozu - poslední krok před prvním plazmatem

Přístup odborníků tokamaku ITER k uvádění do provozu jasně rozlišuje mezi uváděním jednotlivých systémů do provozu a tzv. integrovaným uváděním do provozu. Integrované zprovoznění je pečlivě organizovaný proces, který nastupuje až poté, co byly nezávisle otestovány všechny jednotlivé součásti. Integrované zprovoznění spojuje sadu dílčích systémů, aby integrovaný celek fungoval podle očekávání. První fáze integrovaného uvádění do provozu tokamaku ITER skončí prvním plazmatem = First Plasma.

„Pokud se chystám uvést do provozu kupříkladu kryo-hospodářství, musím nejprve zprovoznit vodní a elektrický systém samostatně, protože tyto systémy potřebuji během integrovaného zprovoznění,“ vysvětluje Isabel Nunesová, odpovědná za uvádění do provozu v Divizi operací. „Integrované zprovoznění je sestavení sady systémů a zajištění toho, aby integrovaný celek fungoval podle očekávání, abychom mohli přejít do experimentální fáze.“

Integrované zprovoznění bude provedeno před každou fází (zprovoznění většího celku) provozu ITER poté, co se nainstalují a jednotlivě zprovozní potřebné systémy a komponenty. První fáze integrovaného uvádění do provozu v rámci přípravy na první plazma má začít 2. ledna 2025 a skončit 20. prosince téhož roku předvedením prvního plazmatu.

Před prvním plazmatem

Přestože integrované zprovozňování začíná až počátkem roku 2025, intenzivní přípravy probíhají již nyní. „Říkala jsem si: Pro mě jsou nejvíc stresující přípravné práce. A najednou – ono to už vlastně začalo!“ praví Nunesová. V současné době již dělí činnosti v základním plánu na detaily, identifikuje závislosti a plánuje zdroje – technické i lidské. Ve spolupráci s různými týmy podrobně popisuje jednotlivé kroky a k nim požadované podmínky nebo předpoklady včetně toho, které funkce ochrany investic je třeba uvést do provozu jako první a které bezpečnostní funkce musí být aktivní před zahájením integrovaného uvádění do provozu. Další velmi důležitou součástí přípravy je hodnocení rizik, které pomáhá pečlivým plánováním minimalizovat dopad neočekávaných událostí. „Moje současná práce zahrnuje specializovaná setkání s lidmi zodpovědnými za všechny různé systémy, které v dané činnosti budou hrát roli,“ říká. „Vezměme si například proces ochlazování supravodivých cívek na minus 268,65 °C. Zní to jednoduše, ale ve skutečnosti je to velmi komplikovaný proces. Nyní diskutujeme o jednotlivých krocích.“

Integrované zprovoznění se provádí na konci každé fáze montáže poté, co byly nově nainstalované systémy jednotlivě testovány. Tzv. Ganttův diagram na obrázku, vytvořený v Primaveře, ukazuje úkoly nejvyšší úrovně pro integrované uvádění do provozu 1, které končí "prvním plazmatem".

„Obecně definujeme posloupnost kroků v rámci konkrétní činnosti. Aby tento proces fungoval, je třeba zapojit všechny zúčastněné strany z různých systémů, systémy jako kryohospodářství, vakuová nádoba, magnety, bezpečnostní funkce a funkce blokování. V této fázi je důležité vzít v úvahu provozní limity různých systémů. Cívky nelze chladit příliš rychle - například v důsledku chlazení vzniká mechanické napětí a existuje určitá hranice stresu, kterou cívky zvládnou. “

Výsledkem veškeré práce, kterou nyní Nunesová a kolegové dělají, bude soubor postupů, které je třeba dodržovat během integrovaného uvádění do provozu. Nástroj pro správu projektů Primavera se používá k dokumentaci milníků/hranic a závislostí mezi aktivitami. Tam, kde existuje závislost, musí být akce prováděny postupně. Ochlazení například vyžaduje, aby cívky byly uvnitř kryostatu ve vakuu, a proto jej lze provést až po vyčerpání kryostatovým čerpadlem. Těžko můžete před startem letadla zatáhnout jeho podvozek. Zde je to zřejmé, ale u komplikovaného termojaderného ITERu a navíc při premiéře to tak zřejmé není.

Integrované uvádění do provozu oficiálně začíná uzavřením víka kryostatu a předáním odpovědnosti provozům. „První činností bude odčerpání kryostatu,“ říká Nunesová. „Poté provedeme zkoušku těsnosti komponentů v kryostatu. Pak cívky a tepelné štíty ochladíme a vakuovou nádobu odplyníme vypékáním. Poté budeme připraveni napájet elektrickým proudem supravodivé cívky v rámci přípravy na kampaň prvního plazmatu. Tehdy mohou začít experimenty.“

Po prvním plazmatu

Bezprostředně po prvním plazmatu přichází „Engineering Operations“, krátká fáze, jejímž hlavním účelem je demonstrovat provoz supravodivých cívek při jejich plném výkonu. Během této fáze budou prováděny testy, které zajistí, že při 5,3 T toroidálního pole v centru vakuové komory umožní magnety dosáhnout předpokládaných 15 MA elektrického proudu v plazmatu, který bude nakonec použit k získání 500 MW fúzního výkonu.

Po inženýrských operacích bude následovat montážní fáze II, kdy bude instalován obal a divertor a mnoho dalších komponent (například diagnostika) v rámci přípravy na první experimentální kampaň = Pre-Fusion Power Operation. Jakmile jsou součásti systému jednotlivě uvedeny do provozu, spustí se jejich integrované uvádění do provozu II.

„Mnoho procesů bude stejných jako během první fáze – základní odčerpání, ochlazení a vypékání,“ říká Nunesová. "V mnoha ohledech to podruhé bude snazší, protože budeme mít zkušenosti. Musíme však také zvážit nové komponenty a nové systémy a všechny nové výzvy, a ty jsme již začali analyzovat." Tento pečlivě organizovaný proces bude proveden po každé fázi montáže, aby se zařízení dostalo spolehlivě do plné provozní kapacity. „Stručně řečeno, během integrovaného uvádění do provozu zajišťujeme připravenost na plazmové operace integrací všech samostatných systémů a ověřením, že spolupracují.“

Pomocné poznámky:

První fáze integrovaného uvádění do provozu v rámci přípravy na první plazma: od 2. ledna 2025 do 20. prosince 2025. První plazma: základní odčerpání, ochlazení a vypékání.

Engineering Operations: demonstrace provozu supravodivých cívek při jejich plném výkonu: 5,3 T, 15 MA, 500 MW.

Druhá (montážní) fáze, kdy bude instalován obal a divertor a mnoho dalších komponent (například diagnostika) v rámci přípravy na první experimentální kampaň.

Pre-Fusion Power Operation: první experimentální kampaň (+základní odčerpání, ochlazení a vypékání).

Milan Řípa podle Pata Branse