V rámci 25. ročníku mezinárodní konference Fusion Energy Conference pořádané v Petrohradu byla uspořádána exkurze do Jefremovova výzkumného ústavu, kde probíhá výzkum a vývoj komponent pro ITER. Tento ústav dodá supravodiče pro vinutí cívek typu PF a TF, kompletní cívky PF1 a PF6, část panelů první stěny a elektrická spínací zařízení. Práce na většině těchto zařízení jsou nyní ve fázi výroby maket a prototypů a přípravy hal pro jejich sériovou výrobu.
Jefremovův výzkumný ústav elektronických zařízení (známý též pod ruskou zkratkou NIIEFA: Naučno-isledovatělskij institut elektrofizičeskoj aparatury) byl založen v roce 1946 jako Speciální konstrukční kancelář a působil v ruském jaderném programu. V roce 1960 byl reorganizován na ústav vyvíjející elektronická zařízení a stal se projektantem a dodavatelem přístrojů pro ústavy zabývající se základním výzkumem, částicovou fyzikou a termojadernou fúzí. Z tohoto ústavu pochází projekty většiny velkých urychlovačů v Rusku a v zemích bývalého východního bloku, nejznámějším z nich je urychlovač v Dubně, a podobně i většina tokamaků. Od roku 1978 se tento ústav účastní mezinárodních projektů na vybudování fúzních reaktorů.
Cívky PF1 a PF6
Hlavní komponentou tokamaku ITER bude toroid (pneumatika s průřezem ve tvaru písmene D) obklopený různými cívkami, které budí magnetické pole udržující plazma uvnitř toroidní komory a snažící se zamezit jeho kontaktu se stěnami komory. Svislé cívky generují toroidální pole, které udržuje částice na uzavřené křivce uvnitř toroidu, a vodorovné cívky budí poloidální pole zabraňující dotyku plazmatu se stěnami komory. Kromě nich bude ve střední části tokamaku centrální solenoid a řada korekčních cívek. Na tokamaku ITER bude poloidálních cívek celkem šest a jsou označovány písmeny PF.
Výrobu cívek PF1 a PF6 (rozměrově shodné) má na starosti Jefremovův ústav. Pro tento účel si pronajal tovární halu v jedné z loděnic, v níž proběhne sestavení cívek z dovezených dílů. Poté budou hotové cívky naloženy na tlačný člun a přepraveny do Francie. Vnější průměr cívek bude 8,9 metru a vnitřní 6,9 metru, kompletně sestavená cívka bude vážit 193 tun. Průřez cívek PF1 a PF6 bude mít rozměry 982×1007 mm. Cívky budou navinuty ze čtvercových supravodičů vyrobených ze slitiny niobu a titanu a budou chlazeny heliem na teplotu přibližně 4 K (tj. -269 °C). Jde o dvě nejmenší poloidální cívky, takže bude možné je dopravit na staveniště již kompletně sestavené. Zbývající poloidální cívky bude nutné navinout přímo na staveništi ve speciální hale.
Výroba cívek PF1 a PF6 je zatím v rané fázi. V září proběhla výroba prvních dvou supravodivých kabelů a připravuje se zkušební sestavení makety cívky PF1 z měděných vodičů. Dále má následovat zkušební výroba makety cívky PF1 ze supravodičů a až poté proběhne výroba cívek PF1 a PF6.
Blanket tokamaku ITER
Uvnitř nádoby tokamaku se nachází konstrukční celek zvaný blanket. Jde o bariéru, která má chránit nádobu tokamaku před působením plazmatu, stínit záření a odvádět tepelný výkon. Neutrony, které jím prochází, jsou zpomalovány, čímž mu předávají energii, kterou z blanketu odebírá chladicí látka. Skládá se z tzv. primární stěny a divertoru, který odvádí nečistoty a nachází se ve spodní části komory. Primární stěna je tvořena nezávislými panely vyrobenými ze tří vrstev kovů, které jí dávají požadované vlastnosti. Vrchní vrstva o tloušťce 6 mm je z beryllia, druhá vrstva je kvůli vodivosti z mědi a má sílu 8 mm a poslední ocelová vrstva dosahuje tloušťky od 20 mm více podle konkrétního dílu. Prochází jí kanálky, kterými bude proudit chladicí voda. Kvůli tepelným tokům, které jsou o několik řádů větší než například u tlakové nádoby jaderného reaktoru, nebo u raketoplánu sestupujícího do atmosféry, je primární stěna velkou výzvou pro vědce, protože se s takovýmito materiálovými nároky ještě nesetkali.
V Jefremově ústavu neprobíhá řezání beryllia na čtverečky kvůli jeho toxicitě, takže je dováženo nařezané z moskevského výzkumného institutu. Zbytek dílů vyrábí přímo v tomto petrohradském ústavu a svařují je výbuchem, laserem a orbitálně.
Destičky z beryllia jsou k měděnému pásku přivařovány výbuchem, což je technika používána pro navařování dvou dílů dotýkajících se plochou. Po upevnění obou dílů je na vrchním rozprostřena výbušnina, která po výbuchu způsobí rázovou vlnou velký dynamický tlak a v místě dotyku dojde k zplastizování materiálu a k trvalému spojení. Stejným způsobem probíhá svařování nerezového bloku primární stěny a měděného pásku.
Pro přesné svařování dílů je používán počítačem řízený laser, který sváří buďto díly upevněné na pracovní desce nebo vytváří orbitální svar na rotujícím pracovním stole. Tento druh svaru je vhodný pro přivaření trubek k panelům primární stěny.
Součástí ruského podílu na projektu ITER je dodání 179 panelů primární stěny, což je 40 % potřebného počtu. V současnosti probíhá výroba prototypů ve skutečném měřítku a příprava linky pro sériovou výrobu. Tři budovy jsou připravovány na zahájení výroby, které je plánované na rok 2017 a chystá se stavba čtvrté haly. Na základě prototypů nyní probíhá certifikace a ověřování požadovaných vlastností.
Elektrická část
Cívkami tokamaku ITER bude protékat stejnosměrný proud v řádu desítek tisíc ampér a o napětí desítek tisíc voltů, což bude klást velké nároky na elektrická zařízení. Obvod, kterým protéká střídavý proud, je díky jeho sinusovému průběhu jednoduché rozpojit. Stejnosměrný proud ale vyžaduje složitá spínací zařízení.
Jefremovův ústav dodá na ITER stovky různých spínacích zařízení, přípojnic a vybíjecích rezistorů. Všechna zařízení jsou prozatím ve fázi výroby prototypů, které prochází testy před zahájením sériové výroby.
Vladislav Větrovec
