Testovací plošina pro divertor (DTP2): příklad fúzní spolupráce evropských průmyslových společností a vědeckých organizací

Mezinárodní tokamak ITER, který staví druhým rokem 7 států na jihu Francie v lokalitě Cadarache, používá k definici průřezu plazmatu ve své torodiální komoře prstencový divertor. Ten byl poprvé nasazen, aby zamezil kontaktu plazmatu se stěnami komory, Lymanem Spitzerem na stelarátoru v 50. letech. Později divertor převzal i tokamak s překvapivým úspěchem, když na německém tokamaku Asdex U v roce 1982 objevili režim vysokého udržení plazmatu, tzv. H-mod (H jako high = vysoký). Dnes jsou divertorem vybaveny všechny moderní tokamaky, včetně pražského tokamaku COMPASS a pochopitelně ho bude mít i tokamak ITER. Divertor se nazývá část výbojové komory tokamaku, která jako jediná je v řízeném kontaktu s vysokoteplotním plazmatem a musí během života plazmatu odolat tepelným výkonům cca 10 MW/m2, zatímco průměrný tok výkonu na ostatní stěnu komory je stokrát menší. Na terčích divertoru se neutralizují jádra helia – výsledek fúze deuteria a tritia. Plynné helium se z divertorového objemu pak odčerpá. Kontakt plazmatu s divertorem je důsledkem toho, že na rozdíl od zbytku komory, siločáry izolujícího magnetického pole povrch divertoru protínají. Nesmírně tepelně a radiačně namáhaný povrch divertoru je pokryt částečně wolframem a částečně uhlíkovým kompozitem (CFC = Carbon Fibre Composite). Jakmile se jednou zapálí v komoře ITER termojaderná fúze, bude prostor výbojové komory radioaktivní a pro člověka nepřístupný. Materiál divertoru pod atakem neutronů – dalším produktem fúze – křehne a předpokládá se, že divertor bude nutné za dvacet let provozu nejméně třikrát vyměnit. Vyjmutí starých a připevnění nových částí divertoru se musí uskutečnit dálkově ovládaným zařízením. Divertor se skládá z 54 kazet, každá délky 3,6 metru, výšky 2,1 m a hmotnosti 9 až 10 t. Hmotnost celého divertoru je 700 t. Při manipulaci skrze montážní tunel, kde jsou trubky chladivo, elektrické kabely a magnetizační zařízení pro chlazení komory, bude po stranách vyměňovaných kazet mezera jeden milimetr! Výměnu kazety sledují operátoři na monitorech, ovšem jsou okamžiky, které kamery kvůli nedostatku prostoru, nezobrazí. Pak se musí operátor spolehnout na zkušenosti, které získá právě na testovacím zařízení DTP2. DTP 2 (Divertor Test Platform) se skládá z radiálních kolejí pro transport kazety divertoru tunelem do oblasti divertoru, kde jsou toroidální koleje pro uložení kazety, transportního vozíku CMM (Cassete Multi-functional Mover) a držáku SCEE (Secondary Cassete End Effector). DTP 2 měří 20 m a jeho hmotnost je 65 t. DTP2 je příkladem úspěšné spolupráce evropských průmyslových společností a výzkumných center koordinované Evropskou domácí agenturou F4E (Fusion for Energy) se sídlem v Barceloně. CMM a SCEE vyrobila španělská společnost Telstar Tecnologia Mecánica S.L. v Terrassa nedaleko Barcelony. Společnost VTT Systeme Engineering a Technická univerzita Tampere (členové Association EUATOM-Tekes) vyrobily model, který věrně napodobuje lůžko pro uložení kazety divertoru ITER. Transportní koleje pochází z finského TP-Konepajat. Gradel SA (Lucembursko) vyrobil maketu kazety divertoru. Hardwarová část ovládání DTP2 pochází ze španělské firmy Procon System S.A. a softwarová část z Technické university Tampere. Sestava DTP2 za 7 milionů eur se nyní prověřuje ve finském VTT Systeme Engineering Tampere. DTP2 pomůže zjistit, zda představy jak upevnit, čistit a pohybovat kazetou divertoru jsou správné. Ve finále vědci a inženýři navrhnou celý postup, právě tak jako nástroje a metody výměny kazet divertoru tokamaku ITER. Inaugurace DTP2 proběhla v únoru 2009 za účasti zástupce VTT Systeme Engineering Erkki Leppavuoriho, ředitele EURATOM Octavio Quintana Triase, prvního náměstka ředitele ITER organization Norberta Holtkampa a Didiera Gambiera, ředitele European Domestic Agency. Ing. Milan Řípa