Centrální solenoid ITERu

Tokamak je v podstatě transformátor. Primární vinutí u tokamaku ITER se nazývá centrální solenoid. První tokamaky, jako správné transformátory, měly obě vinutí, primár a sekundár navinuté na jhu, aby se magnetický tok příliš nerozptyloval do prostoru. Poslední tokamaky používají tzv. vzduchový transformátor, to je transformátor bez jha. Magnetický tok primáru je tak silný, že intenzita v místě sekundáru – provazce plazmatu – stačí vybudit požadovaný elektrický proud. Hmotnost a náklady, které se absencí jha ušetří, se také počítají. Elektrický proud vybuzený v plazmatu plazma nejen ohřívá, ale spolu s magnetickým polem vnějších cívek izoluje plazma od stěn vakuové komory.

Centrální solenoid je jednou z nejmasivnějších součástí stroje ITER, je vysoký jako sedmipatrová budova a váží více než 1 000 tun. Tento monstrózní magnet, vyrobený ze šesti 110tunových válcových modulů naskládaných na sobě a propojených jemnou sítí kabelů a potrubí, bude hrát zásadní roli v provozu ITER. Jeho funkcí je indukovat a udržovat silný proud (15 MA) uvnitř plazmatu. V úterý 5. září 2023 byl druhý modul šestimodulového zásobníku přesunut na místo vyhrazené této komponentě na montážní platformě.

V jednom rohu montážní haly ITER byly zahájeny práce na druhém ze šesti modulů. Jakmile bude všech šest dílů naskládáno na sebe, vytvoří 18 metrů vysoký a 1 000 tun vážící centrální solenoid ITER.

Ať už v montážní jámě Tokamaku, v jednom ze dvou dílčích montážních nástrojů nebo v jakékoli nosné nebo přepravní konstrukci vyžaduje umístění součásti jak těžkou techniku, tak důmyslná nastavovací zařízení. To platí zejména pro centrální solenoidové moduly: při skládání 2 metry vysokých komponent na sebe by se jakákoliv odchylka od jmenovité hodnoty při postupném stohování zesilovala. Tolerance odchylky je nízká: po dokončení u 18 metrů vysoké konstrukce ne více než 20 mm.

K umístění 110tunové součásti s požadovanou přesností je zapotřebí celá řada nástrojů: jakmile jeřáby a „synchronizační kladkostroje“ odvedou náročnou práci, komplexní systém jemných nastavovacích zařízení umožňuje mikrometrické pohyby v naklánění a otáčení.

Stohování válcových dílů a spojování jejich křehkých elektrických a kryogenních vodičů vyžaduje zvláštní pozornost. Přesnosti se dosahuje pomocí komplexního systému nastavovacích zařízení, jejichž ruční rukojeti umožňují mikrometrické pohyby ve stoupání, náklonu a otáčení.

U operací tak strategických, jako je instalace komponent a systémů ITER, se přesnost bere v úvahu dlouho před instalací platforem a nástrojů. Pokud jde o přesnost, nic není triviální. Svou roli hraje složení betonu, který ukotvuje plošinu, stejně jako způsob utahování šroubů.

Třetí centrální solenoidový modul byl přijat na staveniště ITER v červnu a očekává se, že čtvrtý bude odeslán do konce roku. Americký dodavatel ITER General Atomics poskytuje organizaci ITER celkem sedm modulů, a to šest pro centrální solenoid a jeden náhradní.

Mimochodem, General Atomic využila své zkušenosti s výrobou centrálního solenoidu a vyrobila magnetický urychlovač/katapult letadel. Instalovaný na letadlové lodi Gerald R. Ford, kde nahradil parní katapult, 28. 7. 2017 vymrštil  „modifikovaný centrální solenoid“ letadlo F/A-18F Super Hornet do prostoru. (Psali jsme o tom zde: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2055-ne-ocekavana-aplikace-vyzkumu-fuze-katapult-na-letadlove-lodi)