Deutériumjég-pelletek behatolási mélységének meghatározása videódiagnosztikával Szepesi Tamás Tavaly volt:
2006. február 28.
Tartalom 1. Bemutatkozás 2. Röviden az ELM-ekről
3. Az ASDEX Upgrade tokamak és a pelletbelövő-rendszer 4. A videódiagnosztika-rendszer 5. A képek kalibrálása, a behatolási mélység meghatározása
1. Bemutatkozás Szepesi Tamás, 1. éves doktorandusz hallgató - fúziós kutatások / mágneses összetartás / tokamak / pelletek - pellet: apró szilárdtestdarabka → fagyasztott hidrogénizotóp (D, T) ⇒ „fuelling”, „edge-control” → egyéb szilárdtest: transzport-vizsgálat, diagnosztika, „killer pellet”, ... - nem mélyre hatoló pelletek: a plazma szélét lehet befolyásolni (vázlatosan) → hőmérséklet-, sűrűség- és nyomásprofil → az energia-összetartás alig változik (csökken) ⇒ plazma széle (edge, pedestal) és közepe (core) függetlenné válik - ELM-ek (Edge Localised Mode) triggerelése pelletekkel → H-módban, a plazma edge-ben tapasztalható MHD-instabilitások
→ gyors (~ms) részecske- és energiaveszteség az edge-régióban → egy ELM alatt Te a szeparátrixon kívül nő, belül csökken → Te a plazma magjában nem változik számottevően ← edge localised - ELM-mentes H-módokban a plazmasűrűség és a szennyezők koncentrációja is folyamatosan nő → a sugárzásos hőleadás is folyamatosan nő, míg végül Psep ≤ PHL, és a plazma L-módba esik vissza
2. Az ELM-ek - a type III ELM-ek frekvenciája (νELM) csökken a fűtési teljesítménnyel (Ptot), de inkább Ptot-PHL a jellemző - tovább növelve a teljesítményt az ELM-ek eltűnnek - még nagyobb Ptot-nál megjelennek a type I ELMek, frekvenciájuk nő a fűtési teljesítménnyel forrás: Zohm
- type-I ELM: divertor csúcsterhelése határértéket meghaladó → ha fpel > fELM0: ΔW / ELM csökken (egyenletesebb terhelés) 0 ΔWELM 0 × f ELM ×τ E = 0,2 W
- ez az összefüggés vonatkozik a triggerelt ELM-ekre is! Az egyensúly beállásához azonban idő kell (0,1-0,2s), ellenben a frekvencia azonnal követi fpel-t. - „hol” keletkezik az ELM? Karakterisztikus ideje (growth time)? - Mi a max. triggerelési frekvencia? HFS / LFS pelletbelövések?
3. Az ASDEX Upgrade tokamak Technikai adatok: Teljes magasság
9m
Teljes sugár
5m
Tömeg
800 t
Belső fal anyaga
grafit
Toroidális tekercsek száma
16
Poloidális tekercsek száma
12
Max. mágneses tér
3.1 T
Plazmaáram
0.4 MA - 1.6 MA
Plazma élettartam
< 10 s
Lövések közötti idő
15 - 20 perc
Adatmennyiség / lövés
kb. 0.5 GByte
Plazma fűtés:
up to 27 MW
Tipikus plazmaparaméterek: Nagysugár R0
1.65 m
Vízszintes kissugár a
0.5 m
Ohmikus
1 MW
Függőleges kissugár b
0.8 m
NBI
20 MW (2H = D)
Elliptikusság b/a
1.8
60 keV és 100 keV
Triangularitás (felső/alsó)
0.1 / 0.3, 1999-től: 0.4 / 0.4
ICRH
6 MW (30 MHz - 120 MHz)
Plazmatípusok
D, H, He
ECRH
2 x 2 MW (120 GHz)
Plazmatérfogat
14 m3
Plazma tömege
3 mg
Elektronsűrűség
1 x 1020 m-3
Plazmahőmérséklet
60 - 100 millió fok
részecske-energia
forrás: ASDEX Upgrade Intranet
3. A pelletbelövő-rendszer
Pellet sebesség: 240, 600, 1000 m/s
forrás: Belonohy Éva szakdolgozata
4. A videódiagnosztika-rendszer
Triggerek: - pellet monitorozó dióda - „cutter” + késleltetés
forrás: Kocsis et al. Rev. Sci. Instrum 75, No. 11, p 4754, Nov. 2004
5. A képek kalibrálása
5. A képek kalibrálása
5. A képek kalibrálása átalakítások lineáris trafókkal - forgatás (középpont körül) - nagyítás - eltolás
DS Å FS
DS Å NEW
5. A képek kalibrálása A kalibráció ellenőrzése vákuumkamra belső szerkezete - téglák - divertor egyéb információ - pelletbelövési egyenes - vákuumkamra
5. A behatolási mélység meghatározása pelletpálya: átlós metszéssíkok mentén a maximum értékek jelölik ki - empirikus képlet a pályára:
R(t ) = R0 + v 0 cos(φ ) + z (t ) = z0 + v 0 sin(φ )
θ (t ) = 0
b a +1 t a +1
5. A behatolási mélység meghatározása feltevés: a pellet az R-z síkban mozog behatolási mélység: a pelletfelhő „eleje” és „vége” közötti távolság - meghatározása a kalibráció után lehetséges: (x0,y0) → (R0,z0) (xf,yf) → (Rf,zf)
d = ( R f − R0 ) 2 + ( z f − z0 ) 2
pelletpálya: átlós metszéssíkok mentén a maximum értékek jelölik ki
Források P.T. Lang és mások: ELM pace making and mitigation by pellet injection in ASDEX Upgrade, Nuclear Fusion 44 (2004), 665-677 P.T. Lang és mások: Investigations on the ELM cycle by local 3D perturbation experiments, készülőfélben Kocsis G. és mások: Rev. Sci. Instrum 75 (2004), No. 11, 4754 H. Zohm: Edge Localised Modes, PPCF 38, 571-591 Kocsis G. és mások: Pellet-plasma interaction studies at ASDEX Upgrade
