Superpočítání pro průmysl www.it4i.cz

Tokamak ITER – Simulace rozložení magnetického pole cívkového budícího systému udržení plazmatu

Obr. 1 Pohled na konstrukci tokamaku ITER
Obr. 1 Pohled na konstrukci tokamaku ITER

Tokamak ITER

Tokamaky jsou zařízení určená k vytváření vysokoteplotního plazmatu v toroidální výbojové komoře. Prstenec plazmatu je vytvářen a stabilizován magnetickým polem buzeným systémem poloidálních a toroidálních cívek. Tokamaky patří do skupiny zařízení vyvíjených za účelem dosažení termonukleární fúze. V současné době je na světě provozováno více jak 50 tokamaků různých typů. Největší a nejpokročilejší tokamak je projekt ITER jehož stavba započala v roce 2005 ve Francouzském Cadarache. Projekt ITER je celosvětovým projektem, do kterého je zapojena celá řada zemí včetně České Republiky. Cílem projektu je vytvořit prototyp fúzní elektrárny s výkonem 500MW. Pohled na konstrukci tokamaku ITER je ukázán na úvodním obrázku. Podrobnější popis tokamaku ITER je uveden v připojeném dokumentu a další informace lze nalézt na oficiálních stránkách projektu www.iter.org .

Cívkový budící systém tvoří principiální základ systému magnetického udržení plazmatu. Cívkový systém je rozdělen do čtyřech skupin a to centrálního solenoidu, cívek toroidálního pole, cívek poloidálního pole a korekčních cívek. Celkové provedení cívkového systému je patrné z následujícího obrázku.

 

Obr. 2 Cívkový systém tokamaku ITER
Obr. 2 Cívkový systém tokamaku ITER

Simulace magnetického pole tokamaku ITER

Cílem řešení prezentovaného projektu bylo analyzovat rozložení magnetického pole ve výbojové komoře tokamaku pro různé pracovní stavy budících cívek. Za tímto účelem byl vytvořen základní model tokamaku v programu ANSYS. Vlastní výpočet a analýza magnetického pole byla provedena jednak pro samostatné buzení cívky centrálního solenoidu, cívek toroidálního pole a cívek poloidálního pole, ale také pro celkové kombinované buzení těchto cívkových systémů. Následující obrázky ukazují pohled na připravený model tokamaku ITER, znázorněna je část modelu obsahující torus tokamaku a dále pak celkový cívkový systém použitý v modelu.

 Obr. 3 Pohled na provedení částí modelu tokamaku ITER_1  Obr. 3 Pohled na provedení částí modelu tokamaku ITER_2
Model of the torus Model of the coils

Fig. 3 View on the parts of the ITER tokamak model

Následující tabulka obsahuje základní ukázkový přehled řešených výpočtových simulací rozložení magnetického pole s malou ukázkou výsledků výpočtů v podobě rozložení magnetické indukce B [T] s vyznačením uvažovaného pracovního proudu.

Centrální solenoid 45 [kA]
 Obr. 4 - Centrální solenoid_1  obr. 4 - Centrální solenoid_2
Cívky toroidálního pole 68 [kA]
 obr. 4 - Cívky toroidálního pole_1  Obr. 4 - Cívky toroidálního pole_2
Cívky poloidálního pole 45 [kA]
 Obr. 4 - Cívky poloidálního pole_1  Obr. 4 - Cívky poloidálního pole_2
Celý systém cívek CS=PF=45 [kA]; TF=68[kA]
 Obr. 4 - Celý systém cívek_1  Obr. 4 - Celý systém cívek_2

Obr. 4 Přehled řešených výpočtových simulací tokamaku ITER

Práce přináší nezávislou analýzu rozložení magnetického pole tokamaku ITER odpovídající uvedeným konfiguracím cívkových skupin a různým velikostem pracovních proudů. V detailním popisu práce je nejprve uveden stručný popis a charakteristika projektu ITER a následně pak podrobný přehled výsledků provedených simulací.

Partneři