Высота 146 метров, Диаметр 70 метров, вес 50 000 тон Магнитная система

Магнитная система токамака состоит из 96 элементов: 36 катушек тороидального поля, 12 катушек полоидального поля, центрального соленоида, состоящего из 12 секций, и, наконец, 36 корректирующих катушек.

Индукция поля, создаваемого магнитной системой, достигает 78 Тл. Это чрезвычайно высокое значение. Для сравнения: это поле превосходит магнитное поле Земли в 400 000 раз. Для снижения потерь на электрическое сопротивление в катушках тороидального поля и центрального соленоида используется проводник из сплава ниобия и олова (Nb₃Sn). Для катушек полоидального поля и корректирующих катушек используется ниобий-титановый (NbTi) сплав. При температуре кипения жидкого гелия (примерно 4К или −269 °С) эти сплавы находятся в сверхпроводящем состоянии.

Катушки тороидального поля (toroidal field — TF) расположены снаружи вакуумной камеры токамака, и внутри оболочки криостата. Они состоят из 32 идентичных элементов (D-образных катушек), расположенных вертикально вокруг торообразной вакуумной камеры. Они создают магнитное поле вокруг плазменного тора напряжённостью 78 Тл и запасают энергию 300 гигаджоулей. Каждая катушка весит около 600 тонн, имеет высоту 30 метров и ширину 18 метров. Общий вес катушек тороидального поля 13080 тонн. Катушки намотаны из сверхпроводящего кабеля, который состоит из прядей (стрендов), заключённых в оболочку из того же сплава. Кроме прядей внутри кабеля проходят каналы для циркуляции охладителя — жидкого гелия. Общая длина прядей, используемых для катушек TF, составляет 160 000 километров. Всего 39 катушек (одна запасная).
Катушки полоидального поля (poloidal field — PF) расположены поверх катушек TF, находятся внутри оболочки криостата. Состоят из 12 элементов, расположенных горизонтально. Назначение этого поля — отдалить плазменный шнур от стенок камеры и сжать его (адиабатический нагрев).
Центральный соленоид (central solenoid — CS) расположен в «дырке от бублика» — вдоль оси вакуумной камеры. По сути, он представляет собой трансформатор, возбуждающий индуктивный ток в плазме. Благодаря форме камеры плазменный шнур образует кольцо. Таким образом, плазменное кольцо является вторичной обмоткой трансформатора, замкнутой в короткий виток. Ни один трансформатор не может работать на постоянном токе, поэтому напряжение в первичной обмотке будет расти от нуля до своего максимального значения. Ток, проходя по плазме, создает дополнительное магнитное поле, стремящееся ещё больше сжать виток (адиабатический нагрев) и одновременно нагревая его за счёт оммического сопротивления. Соленоид состоит из шести катушек, намотанных из специального кабеля из ниобий-оловянного сплава (Nb₃Sn). Этот кабель рассчитан на ток до 92 килоампера. Кабель проектировался, чтобы выдержать без деформации значительный вес вышележащих слоев. Каждая катушка похожа на стопку блинов. Улучшенная стекло-полиамидная изоляция, пропитанная специальной эпоксидной смолой, способна выдержать напряжение до 60 киловольт. Длина кабеля, укладываемого в каждую катушку, составляет 1820 метров.

Корректирующие катушки расположены внутри вакуумной камеры, между стенкой камеры и бланкетом. Они служат для «сглаживания» пограничных локализованных мод (Edge Localized Modes — ELMs), способных вызвать «выпучивание» плазменного шнура. Такое «выпучивание» опасно тем, что плазма, касаясь стенок камеры, во-первых, теряет энергию и охлаждается, а во-вторых, вызывает испарение материала «горячей стенки». Это испарение, в свою очередь, ведёт и к повышенному износу горячей стенки, и к загрязнению плазмы, что ещё больше охлаждает её.

Дата добавления: 2015-10-24