Usunięto największą przeszkodę w budowie tokamaka ITER

Okablowanie magnesów było największą jak dotąd przeszkodą konstrukcyjną w budowie reaktora fuzyjnego czyli tokamaka ITER. Testy i porównania z planem reaktora wykazały, że przy obecnej konstrukcji program dysponuje zaledwie 10 proc. potrzebnych kabli. Inne mają niewłaściwą długość bądź wytrzymałość.

Badania kabli nadprzewodzących przeprowadzono w ub. r. w Szwajcarii, w laboratorium SULTAN, należącym do Paul Scherrer Institute w Villingen. W czasie testów. polegających na oddziaływaniu silnym polem magnetycznym i prądem o wysokim natężeniu, okazało się, że materiał kabli ulegał degradacji już po 6 tys. cykli, podczas gdy według specyfikacji technicznej minimalna ilość cykli bez degradacji miała wynosić 60 tys.

Konieczne było więc opracowanie na nowo całego okablowania najważniejszego elementu reaktora – cewek. Cewki te generują silne pole magnetyczne utrzymujące w komorze reaktora zawieszoną plazmę o temp. 150 mln st.C. Są wytwarzane z nadprzewodzących przewodów, wykonanymi głównie z niobku cyny (Nb3Sn).

Brakujące przewody przeznaczone było dla głównego solenoidu – cewki, znajdującej się w centrum urządzenia, generującej strunie plazmy w komorze o kształcie torusa. Dla solenoidu niezbędne jest około 36 km kabli nadprzewodzących, ważących łącznie ok. 1 tys. ton.

Dotychczasowa konstrukcja przewodów opracowana w Japonii, składała się z pojedynczych włókien nadprzewodnika i przekroju mniejszym niż milimetr. Trzy takie włókna, złożone razem, tworzyły triplet, zaś 192 triplety powiązane razem w metalowej koszulce tworzyły właściwy kabel. W japońskim triplecie dwa włókna składały się z Nb3Sn, zaś jedno – z czystej miedzi.

Miało to chronić przed utratą nadprzewodnictwa, w momencie utraty własności przez włókna z niobku cyny. Wtedy prąd przepływałby głównie przez włókna z miedzi nie powodując zniszczeń. Japońska konstrukcja oznaczała jednak, że w każdym triplecie w normalnym reżimie pracy działają tylko dwa włókna wykonane z Nb3Sn. Muszą one przenosić całe natężenie prądu konieczne do wytworzenia pola magnetycznego niezbędnego do prawidłowego działania cewek.

Jak zaproponował międzynarodowy zespół naukowy inżynierów i fizyków, uczestniczących w projekcie ITER, pracujący pod kierownictwem prof. Neila Mitchella nowe przewody skonstruowano z trzech włókien wykonanych z kombinacji Nb3Sn z czystą miedzią. Próbną partię nowych włókien wykonała brytyjska firma Oxford Instruments razem z dwoma firmami – francuską i niemiecką. Testy, wykonane w laboratorium SULTAN wykazały, że po przejściu 10 tys. cykli okablowanie nie uległo degradacji.

Jednak nowe okablowanie będzie o wiele droższe w produkcji niż pierwowzór, stąd rozpoczęły się już rozmowy z Japonią, który to kraj w ramach projektu jest odpowiedzialny za budowę głównego solenoidu. Innym problemem jest, spowodowane koniecznością okablowania całego solenoidu na nowo, opóźnienie w budowie reaktora. Jak jednak powiedział Science prof. Neil Mitchell opóźnienia spowodowane trzęsieniem ziemi i tsunami w Japonii w 2011 roku, spowodowały iż uruchomienie reaktora już wcześniej przesunięto na koniec 2020 roku.

Projekt ITER od początku istnienia trapiony jest awariami i problemami konstrukcyjnymi oraz wynikającymi z nich przekroczeniami budżetu. Budowa najważniejszych elementów ITER rozpoczęła się w Cadarache w południowej Francji w roku 2010, z początkowym terminem uruchomienia reaktora w roku 2019. Celem ITER jest wykazanie, że fuzja nuklearna, energia Słońca, może być wykorzystywana jako źródło energii na Ziemi.

Siedmiu partnerów konsorcjum budującego reaktor: Chiny, USA, Unia Europejska, Rosja, Indie, Korea Południowa i Japonia – zaakceptowało projekt w 2005 roku. Unia Europejska, jako gospodarz projektu jest odpowiedzialna za 45 proc. jego kosztów i wykonania. Od 2005 roku koszty ITER podwoiły się osiągając 16 mld euro, stąd tokamak jest jak dotąd największym i najdroższym jednostkowym programem naukowo-badawczym na świecie.

PAP - Nauka w Polsce

mmej/ tot/