Centrální solenoid v tokamaku iter

Zažitým představám ze školních škamen se poněkud vymyká solenoid o výšce 13 m a průměru 4,3 m. Ovšem má-li sloužit jako primární vinutí transformátoru s proudem až 46 000 ampérů, když v sekundárním vinutí poteče elektrický proud 15 mil. ampérů po dobu 300 až 500 s, pak jsou tyto rozměry na místě. Magnetické pole bude skrývat energii 6,4 GJ. S přesností 10 mm bude uložen v centrální dutině toroidální vakuové komory největšího termojaderného zařízení – tokamaku ITER, který staví druhým rokem konsorcium ITER organization v lokalitě Cadarache (jižní Francie). V dutině solenoidu bude magnetické pole 13 tesla, což je 280 000krát větší než pole Země. Centrální solenoid se používá prakticky ve všech tokamacích k buzení elektrického proudu v plazmatickém provazci. Elektrický proud jednak zabezpečuje základní – ohmický ohřev – plazmatu a jednak spoluvytváří magnetickou nádobu sloužící k tepelné izolaci/udržení plazmatu ve výbojové komoře. Vinutí centrálního solenoidu je u moderních tokamaků ze supravodivého materiálu, což umožňuje relativně dlouho trvající plazmatické pulzy. Ovšem kupříkladu největší tokamak na světě - evropský JET - používá ještě měděné vinutí. Fyzikové upřednostňují tak zvaný „D“ tvar průřezu plazmatu před průřezem kruhového tvaru. Důvody jsou jednak udržení plazmatu a jednak namáhání konstrukce magnetickým polem. Na tvarování plazmatu tokamaku ITER se bude podílet i centrální solenoid, který je tvořen 6 nezávisle napájenými moduly. Právě vhodný průběh proudu horním a dolním modulem centrálního solenoidu zajišťuje onen „D-tvar“ průřezu plazmatu. Centrální solenoid pro ITER vyrábí USA a Japonsko. Zatímco s průběhem budicího pulzu nejstarších tokamaků se velká kouzla dělat nedala, průběhy pulzů v jednotlivých modulech centrálního solenoidu tokamaku ITER se podobají spíše elektromagnetické alchymii. Při předmagnetizačním intervalu teče ve všech 6 modulech po dobu 6 min proud 40 kA. Jakmile je ve vakuové komoře vybudováno plazma, pracuje každý modul samostatně. Každý se svým vlastním průběhem proudu. V některých modulech proud spadne na nulu okamžitě, aby opět nastartoval, tentokrát v opačném směru. V jiných modulech proud klesá pomaleji, zatímco v dalších se orientace proudu mění dvakrát. Pouze moduly CS1U a CS1L pracují jako dvojice. Na konci cyklu proud v některých modulech dosáhne hodnoty 46 kA. Elektrický balet má zabezpečit požadovaný tvar plazmatu a potřebnou hodnotu elektrického proudu v plazmatu. „V ITER potřebujeme co největší změny magnetického toku, abychom dosáhli dlouhotrvajících pulzů plazmatu,“ říká Paul Libeyre, vedoucí sekce Centrálního solenoidu a korekčních cívek. „Centrální solenoid s neměnným proudem by nikdy nefungoval! Možnost změn v jednotlivých modulech dává možnost různých režimů.“ Cílem je plazma s platem pulzu (časově neměnnou částí) 400 s při hodnotě 15 MA proudu v plazmatu. Během celého provozu tokamaku ITER se počítá s 30 000 pulzy plazmatu, ohraničenými nárůstem proudu – vybudováním plazmatu a poklesem proudu do nuly – rozpadem plazmatu.