14ELEKTRO 4/2012výměna zkušenostíTokamak a jeho poleTokamak – naděje pro termojadernou fúziTokamak (z ruského toroidalnaja kamera s magnitnymi katuškami) – toroidní komora s magnetickými cívkami, se používá k výzku-mu chování vysokoteplotní-ho plazmatu (ionizovaného plynu). Hlavním cílem vý-zkumu je vyrobit magnetic-ky izolované a trvale se udr-žující plazma pro řízenou termojadernou fúzi využi-telnou pro komerční výrobu tepla a elektřiny. Cílem toho-to článku není detailně popi-sovat fungování tokamaku, ale vizualizovat klíčová EM pole v něm. O tokamacích toho bylo napsáno v odbor-ných publikacích již mnoho. I tento časopis se fúzi a toka-makům v minulosti věnoval – viz [7], [8]. Pro hlubší se-známení s tokamaky a jejich reprezentantem v ČR Compassem lze doporučit zejména za-svěcené publikace pracovníků Ústavu fyzi-ky plazmatu AV ČR [5], [6], [10]. Tokamak Compass je na obr. 1 a segment jeho výbojo-vé komory na obr. 2. Protože z hlediska uplat-nění EM pole představuje tokamak atypický impulzový transformátor, je možné vyjít při jeho popisu z příkladu transformátoru v mi-nulém pokračování seriálu a pokusit se zod-povědět otázku, jak se od něj tokamak liší.Primární vinutí (tzv. centrální soleno-id) tokamaku se principiálně neliší od pří-kladu. Je rovněž zapojeno na zdroj napě-ťového impulzu a indukuje v sekundárním „vinutí“ (ionizovaném plynu) odpovídají-cí proud. Odlišnosti jsou zejména ve veli-kosti a detailech provedení. Například vo-dič Compassu obdélníkového průřezu má uprostřed kruhový otvor pro chladicí vodu. I během velmi krátkého impulzu se totiž značně ohřívá.Sekundární vinutí se již velmi odlišu-je od příkladu. Především v tokamaku není tvořeno pevným vodičem, ale tvoří ho prste-nec ionizovaného plynu ve výbojové komo-ře (toru). Plynem je obvykle deuterium nebo směs deuteria a tritia. V průběhu impulzu se parametry plynu místně i časově značně mění. Obtížně se vymezuje velikost a tvar průřezu tohoto zvláštního vodiče. Konstantní není ani elektrická vodivost plynu. Zatímco za normálních podmínek je v podstatě nevo-divý, ve stavu plazmatu je jeho vodivost asi desetinásobně větší než u mědi za normální teploty. Další významnou komplikací je také jeho nestabilita. Má tendenci se ohýbat jako had (tzv. smyčková nestabilita) a podél obvo-du se periodicky zaškrcovat (tzv. párková ne-stabilita). Všechny uvedené problémy vedly k tomu, že tokamaky byly postupně doplňo-vány dalšími soustavami cívek.Kromě cívek ležících v osové rovině to-kamaku (tzv. toroidálních) to byly soustavy cívek koncentrických s centrálním solenoi-dem, tzv. cívky poloidální. Cívky toroidál-ního pole generují magnetické pole koncen-trické s proudem v plazmatu, které v super-pozici s jeho vlastním polem tvoří „klec“ pro jeho izolaci od stěn komory. Obrovský proud, který teče plazmatem, vyvolává silné magnetické pole, které ho dostředně stlaču-je (pinčuje) a tím oddaluje od stěny komory. Tento „pinč-efekt“ byl v prvé polovině mi-nulého století objeven u hromosvodů v Aus-trálii. Zjistilo se, že dutý (trubkový) hromo-svod po zásahu silným výbojem zůstane tr-vale zmáčknutý.Cívky poloidálního pole lze podle účelu roz-dělit na:– zdrojové (centrální solenoid) – generují EM impulz,– usměrňovací – odklánějí magnetický tok solenoidu od výbojové komory,– vyvažovací – kompenzují roztahování prstence plazmatu (odtlačují ho od stěny toru),Ing. Jan Růžička, konzultant v oblasti projektování, Ústí nad LabemV této části seriálu bude pojednáno o EM polích v tokamaku. Bude vizualizováno jak hlavní pole vyvolané napěťovým impulzem do primárního vinutí, tak doplňující pole dalších sou-stav cívek, které se používá k usměrňování magnetického toku z primárního vinutí a k vy-važování nebo tvarování plazmatu ve výbojové komoře (toru).Obr. 1. Tokamak Compass – celkový pohledObr. 2. Segment výbojové komoryObr. 3. Řez tokamakem1 000770464R = 557komoraM3 M4S4M2S1M6M1∅ 480∅ 2 000S7S2S3E1E2M5S5S6AB