Termojaderná levitace

Vznášející se zeměkoule na obrázku připomíná zajímavou hračku pro děti i dospělé. Ne tak zcela. Levitující planeta je perfektní demonstrací stabilizace plazmového provazce kroužícího ve výbojové komoře experimentálního zařízení pro studium vysokoteplotního plazmatu – známého tokamaku. Plazma přechovávané v magnetické nádobě připomíná, jak praví klasik, huspeninu v síťové tašce. Snaží se vymanit z rovnovážné polohy za každou cenu. Brání mu v tom zpětnovazební systém buzený čidly detekující polohu plazmatu a ovládající magnetické pole stabilizačních cívek. Stejně jako čidla monitorující polohu zeměkoule, nedovolí aby tato padla k „zemi“ či se přisála k hornímu rameni elektromagnetu. Magnetické pole stabilizujících cívek nejen že plazma uklidňuje, ale dokáže s plazmatem i pořádně zatřást. V tokamaku se totiž vyskytují zhoubné nestability okrajového plazmatu, zvané ELMs (Edge Localized Modes), které poškozují povrch výbojové komory. Místo čekání na spontánní ELMs se tyto budí uměle – v daném místě a v daný čas, zato s větší frekvencí a menší amplitudou než mají spontánní ELMs. Nu a záměrně vybuzené ELMs se excitují napěťovým pulzem do stabilizačních cívek! Zatím co v tokamaku levituje hmotnost necelého gramu, v zařízení Levitated Dipole Experiment (LDX) levituje půltunová supravodivá cívka! Levitace eliminující držáky cívky významě přispívá k efektu zahuštění plazmatu, který vědci nazvali pomalý turbulentní pinč. Zatímco v tokamacích je turbulence jev nevítaný, neboť snižuje tepelnou izolaci plazmatu, v LDX naopak turbulence žene plazma napříč siločarami a zvětšuje jeho hustotu. Na zařízení, které provozují společně Massachusetts Institut of Technology a University of Columbia, se nedávno podařilo reprodukovat jev pozorovaný dosud pouze ve Vesmíru. Zahuštění plazmatu v dipolovém magnetickém poli. Ano, přesně v takovém magnetickém poli, jako má Země či Jupiter. LDX má tři supravodivé cívky: levitující, levitovanou a budící. Právě levitovaná cívka vytváří nejjednodušší magnetické pole, které může existovat. Pokud by snad tento princip mohl jednou fungovat jako termojaderný reaktor a Jay Kelner z MIT pevně věří, že tomu tak bude, pak oproti tokamaku nebude muset utrácet za masivní multipolové magnetické pole, které tokamak používá. Cívky magnetického pole tokamaku, jako typického představitele směru zvaného magnetické udržení, patří k nejdražším komponentám zařízení. Kupříkladu připravovaný mezinárodní tokamak ITER má Centrální solenoid o hmotnosti 1000 tun složený ze šesti nezávislých modulů a je primárním vinutím vzduchového transformátoru, který v sekundárním vinutí – plazmovém provazci – indukuje elektrický proud 17 milionů ampérů. Každá z osmnácti cívek toroidálního pole má hmotnost 360 tun! Šest cívek poloidálního pole se stará o správnou polohu levitovaného plazmového provazce. Cívky číslo 2 až 6 jsou tak obrovské, že je nelze přepravovat a budou se navíjet až v Cadarache, ve spaciální budově s půdorysem dvou fotbalových hřišť 253x46 m a výškou 19 m čtyřpatrové budovy. Osmnáct korekčních cívek sdružených do devíti párů, umístěných mezi cívkami toroidálního a poloidálního pole, kompenzuje chyby a tolerance výroby/instalace těchto základních cívek. Celkem 48 cívek magnetického systému ITER o hmotnosti 9800 tun spotřebuje 187 km supravodiče, největší pole téměř 12 tesla vytvoří cívky toroidálního pole protékané ve špičce proudu 68 kiloampéry. Energie 51 GJ v magnetickém poli odpovídá energii letadlové lodi Charles de Gaulle, která při své hmotnosti 38 000 tun rozráží vlny rychlostí 50 km/h. ITER bude pracovat s největším supravodivým magnetem na světě. Dosavadního rekordmana válcový toroid detektoru ATLAS na LHC v Cernu ve hmotnosti supravodiče překoná téměř pětkrát, proudem v cívkách čtyřikrát a magnetickým polem téměř třikrát! Nu a to všechno by v reaktoru na principu LDX nahradily tři jednoduché cívky! Ing. Milan Řípa