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