Deutérium pelletekkel keltett zavarok mágnesesen összetartott plazmában 1. Motiváció •
Szepesi Tamás MTA KFKI – RMKI
ELM-keltés folyamatának vizsgálata
2. Kísérleti elrendezés •
Diagnosztika
•
Plazma üzemmódok
Kálvin S., Kocsis G., P.T. Lang, M. Maraschek, J. Neuhauser, Pokol G.
3. Adatfeldolgozás 4. Eredmények •
„MHD” amplitúdó
•
Spektrum
5. Összefoglalás
2008. június 25.
1. Motiváció: ELM-keltés ELM: MHD instabilitás a plazma szélén, H-módban → jelentős részecske- és energiaveszteség → jelentős (veszélyes!) hőterhelési csúcs a divertoron → a szennyezőket is eltávolítja a plazmából ⇒ sugárzásos összeomlás elkerülése (Zeff nem nő)
ELM-frekvencia, fELM [Hz]
Lang, NF 45, 502
ELM-keltés pelletekkel • prompt trigger (< 1ms) 0 • kísérletileg eddig csak f ELM ≈ 2 ⋅ f ELM
• a keltési mechanizmus ismeretlen pellet frekvencia, fpel [Hz]
1. Motiváció: ELM-keltés Lehetséges kiváltó okok:
dtELM_ONSET = dt0 +
• sűrűség perturbáció (cs,ion ~ 105 m/s) • MHD perturbáció (vAlfvén ~ 107 m/s) • hűlési hullám (vtermikus,e ~
107
250
m/s)
ELM-keltés pelletekkel, eddigi ismeretek • az ELM globális jelenség • minden pellet kelt ELM-et → tömegtől, sebességtől függetlenül
• ELM-trigger pont: ~2,7 cm-rel a szeparátrixon belül • ELM „növekedési idő”: ~ 50 μs
dtELM_ONSET [10-6s]
200
l − l0 vpellet
dtELM_ONSET=2.7(0.4)cm*Vp-1+50.1( 7.1)10-6s dtelapsed > 8.0ms
150 100 50 0 0.000
0.001
0.002 0.003 -1 Vp [s/m]
0.004
0.005
Kocsis et al, NF47, 1166
2. Kísérleti elrendezés – diagnosztika Mágneses szondák („BAL tekercsek”) • 8 tekercs (poloidálisan)
• LFS-on elhelyezve (plazma instabil görbülete)
• 6 tekercs (toroidálisan)
• plazmához egészen közel
• 2 MHz-en mintavételezett
• magasabb módusszámokra is érzékeny
pellet
2. Kísérleti elrendezés – plazma üzemmódok
L-mód (standard OH)
I-es típusú ELMy H-mód
• csak ohmikus fűtés
• 5 MW NBI és 1 MW ICRH
• jól parametrizált
• jól parametrizált
• alacsony sűrűség
• közepes sűrűség
• alacsony hőmérséklet
• magas hőmérséklet
• nincsenek ELM-ek
• „kevesebb nagy” ELM
→ pellet által keltett zavar jobban tanulmányozható
fELM ~ 5 – 80 Hz • mágneses szondán ELM >> pellet
3. Adatfeldolgozás szeparátrixidő
B31-14
ELM-késés
Pellet lokalizáció • gyors kamerák + térbeli kalibráció → (R, z) illetve ρpol • időzített, rövid expozíciók → szeparátrix-idő
500 μs
(type-I) ELM pellet „MHD amplitódú” meghatározás • mágneses szonda HF jelének burkolója: B r → LF szűrés: 10-pont (5μs) átlag-levonás → Vpp/2 minden 50 pontra (25μs) • indoklás: jó kvalitatív egyezés FFT 100-300 kHz közötti integrált teljesítménnyel (ELM tipikusan itt) Spektrum meghatározása • spektrogram STFT-vel
4. Eredmények – OH (1) „MHD amplitúdó” • folyamatos (~monoton) felfutás • nincs szaturáció • exp. lecsengés a pellet kiégése után 200 μs
„MHD amplitúdó” [t.e.]
• sebességfüggetlen
Szeparátrixtól mért távolság [cm]
4. Eredmények – OH (2) 1000
kHz
Coherence
100
10
Spektrum-vizsgálat • a jelenlévő módust felerősíti • szélesebb spektrum (gerjesztés) • a pellet után alacsonyabb frekvenciával tér vissza a módus → TAE (toroidal Alfvén eigenmode)
4. Eredmények – OH (3) TAE-vizsgálat • frekvenciája sűrűségfüggő • pelletbelövés → sűrűség nő
fTAE =
Bt 1 1 vA 1 = 2π 2qR 2π μ 0 M i ne 2qR
Maraschek et al, Phys.Rev.Lett 79, 4186
Sűrűség-változás: • mérésből: 34%-os növekedés • frekvencia-eltolódásból: 26% (±10%)
dn = 0,56⋅1019 m-3
4. Eredmények – I-es típus (1) „MHD amplitúdó” • éles ELM-tüske (nem pellet!!!)
200 μs
→ elnyomja a pellet jelét • az ELM után újra látszódhat a pellet • exp. lecsengés a pellet kiégése után • „sebességfüggetlen”
„MHD amplitúdó” [t.e.]
type-I
Szeparátrixtól mért távolság [cm]
OH
4. Eredmények – I-es típus (2) természetes ELM
triggerelt ELM
ELM-ek között: n=3,4 „washboard” módusok Perez et al, PPCF46, 61
Ugyanaz az n=-6 módus, mint az OH esetében! → az ELM után nagyon rövid ideig → pelletes esetben hosszabban!
4. Eredmények – hűlési hullám
Idő [s]
Idő [s]
• azonnali hűlés a pellet által érintett teljes fluxusfelületen (ECE 90° toroidálisan) → pelletfelhő ~2cm átmérőjű, 31 kHz ECE mintavétel, driftek • a hűlés mértéke igen jelentős (10-50%) és sebességfüggő ⇒ nagy gradiensek a hőmérséklet- és nyomásprofilokban • a hűlési front a pellettel együtt halad • a hűlés a pellet teljes élettartama alatt tart, kiégése után lassan (~ms) regenerálódik
5. Összefoglalás Pellet által okozott perturbációk: • lokális sűrűségnövekedés → lassan terjed (105 m/s), DE: lehetne aszimmetrikus trigger is! ↔ az MHD módusok nem a pelletfelhőből „nőnek ki” (mérések) • szélessávú Afvén-hullámok gerjesztése (mozgó diamágneses pelletfelhő) → gyorsan terjed (107 m/s), hozzájárulhat az ELM-keltéshez DE: struktúrájuk eltér az ELM-ek alatt tapasztaltaktól, amplitúdójuk 10-100x kisebb • hűlési hullám → gyorsan terjed (107 m/s), legvalószínűbb kiváltó ok (kizárásos alapon) → gradiens-növekedés a pedesztálban ⇒ peeling-ballooning instabilitás
