12/8/2013
Pelletek és forró plazma kölcsönhatásának vizsgálata Kocsis Gábor
2013.12. 05
Kocsis Gábor
MNT Közgyűlés, Budapest
Forró plazmák és pelletek Deutérium pellet
Brockhaus lexikon
ASDEX Upgrage tokamak
Plazma: ● mágnesesen összetartott ionizált gáz ● anyag: hidrogén izotóp (H, D) ● sűrűség: kb. 10-5 bar ● hőmérséklet: néhány keV, 10millió Kelvin
2013.12. 05
Pellet: ● makroszkopikus anyagdarab ● jellemzően 10μm – 10mm ● H,D: üzemanyag pótlás ● egyéb anyag: diagnosztika v. pellet-plazma kölcsönhatás vizsg.
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
1
12/8/2013
Aluminium micro pelletek lézeres gyorsítása d=6 - 55μm 10 mikron vastag alumínium rétegből nedves maratással pelleteket alakítunk ki kvarc hordozón
1-60×1014 atom
A pelleteket a lézerimpulzus rakéta szerűen gyorsítja 300-1500m/s sebességre Lézer fókusz foltjában több pellet is van: 5-10 pellet repül el különböző sebességgel. RSI 66,2904,1995 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
Aluminium micro-pelletek ablációjának megfigyelése forró plazmában Pelleteket a plazmába alulról lőttük be, megfigyelésük oldalról speciális kamerákkal történt
Az ionizált felhő a tokamak mágneses erővonalai mentén nyúlik el és „vonalas”, fluktuáló szerkezetet mutat IEEE TPS 24,1120,1996 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
2
12/8/2013
Alumínium pellet felhő eloszlása: kísérleti eredmények és numerikus modell Modell számítás: a forró plazma hatására pellet körül egy semleges, gömb szimmetrikusan táguló felhő alakul ki, aminek az árnyékoló hatása kicsi, ezért az ablációs ráta a pellet felületével arányos. Kis pellet: ablációs ráta kicsi felhő elektron sűrűség kicsi ionoknak: hosszabb élettartam a felhő elnyúltabb
Nagy pellet: ablációs ráta nagyobb felhő elektron sűrűség nagyobb ionok: rövidebb az élettartam a felhő kisebb az erővonalak mentén
r=16μm
r=28μm
ECA 25A, 649, 2001 ECA 24B, 604, 2000 MNT Közgyűlés, Budapest
2013.12. 05
Kocsis Gábor
Pellet felhő fényfluktuációjának vizsgálata Pellet felhők által kibocsátott fény vs idő
Toroidal position [mm]
Mind a kamera képeken, mind a photmultiplier jelen fluktuáció látható. A fluktuációt vizsgáltuk három berendezésen: MT-1M, W7-AS, TEXTOR A fluktuáció átlagfrekvenciája nem függ a pellet sebességétől Ok: pellet felhő instabilitása, aminek karakterisztikus ideje van PPCF 41, 881, 1999 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
3
12/8/2013
Milliméter méretű deutérium pelletek gyorsítása ASDEX Upgrade tokamak pellet belövő rendszere
Pelletek: mm méretű fagyasztott hidrogén darabkák Sebesség: 100-1000m/s
RSI 78, 023504, 2007 2013.12. 05
Kocsis Gábor
MNT Közgyűlés, Budapest
Milliméter méretű deutérium pelletek gyorsítása ASDEX Upgrade tokamak pellet belövő rendszere
Pelletek: mm méretű fagyasztott hidrogén darabkák Sebesség: 100-1000m/s
Video observation: Photron SA5 7000 fps @ 1024 x 1024 pixels 350 000 fps @ 128 x 88 pixels 581250 fps @ 64 x 64 pixels
RSI 78, 023504, 2007 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
4
12/8/2013
Pelletek megfigyelése ultragyors videó diagnosztikával
210 000 kép/s felvétel (ROI) a ASDEX Upgrade tokamak plazmában ablálódó deutérium pelletről
Hosszú expozíciós idejű kép A tokamak belsejéről
MNT Közgyűlés, Budapest
2013.12. 05
Kocsis Gábor
Pelletek megfigyelése ultragyors videó diagnosztikával Gyors mozik: nyomkövetés
Miért jó ez nekünk?
2013.12. 05
Pellet pozíció mágneses koordinátákban
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
5
12/8/2013
Pellet nyomkövetés: alkalmazási példák fizikai kísérletekben A plazma hőmérséklet eloszlásának időbeli változása pellet belövés alatt.
pelletek után Elektron sűrűség
pellet abláció
Pellet pálya
pelletek előtt Idő [s]
A hideg deuterium pelletek jelentősen lehűtik a target plazmát.
Normált rádiusz
Pellet üzemanyag pótlási kísérletek: A sűrűség növekedés zónája megfelel a pelletek ablációjának a zónájával.
A hűlési front együtt mozog a pellettel (szaggatott vonal) függetlenül a pellet sebességétől. ECA 32D, 2.070, 2008
MNT Közgyűlés, Budapest
2013.12. 05
Kocsis Gábor
Plazma szél instabilitás (Edge Localised Mode - ELM) Szél plazma instabilitás: a plazma szélén kialakuló periódikus MHD instabilitás, mely során ms alatt a plazma tárolt energiájának 5-10%-a is kilökődhet.
Kicsi erőltetett hasonlat: napkitörés
Sugárzás ELM elött
DE: a kilökődött energia és részecskék a tokamak aljára az u.n. divertor lemezekre áramlanak!
1MJ ELM JET tokamakban, hatása akár egy kézigránát Sugárzás ELM alatt
Minél nagyobb a berendezés annál nagyobb probléma. Az ELM elfogadhatatlanul csökkenti a plazmát határoló elemek élettartamát. 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
6
12/8/2013
ELM pacemaking Megfigyeltük: 1. Hidrogén izotóp pelletek plazmába injektálva szél plazma instabilitást keltenek . 2. Minél sűrűbben vannak az ELMek, annál kisebb az egy ELM-által okozott energia veszteség ( ELM frekvencia × ELM energia majdnem állandó) Megoldás: injektáljunk sűrűn pelleteket a plazmába, hogy keltsünk ELMeket, ezzel csökkentve az 1db ELM okozta hatást Demonstráció: ASDEX Upgrade, RMKI-s részvétellel Módszer működik, DE nem tudjuk, hol és hogyan kelt a pellet ELMeket. NF 44, 665, 2004 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
Pellet ELM triggerés: hogyan kelti a pellet az ELM-eket? ASDEX Upgrade: pellet nyomkövetéssel megállapítható, hogy a pellet akkor triggerel ELM-t, ha szélpazma közepén tartózkodik. NF 47, 1166, 2007
JET: A plazma falán látható ELM mintázatok és a pelletek ELM triggereléskori plazmabeli pozíciójának vizsgálatával megállapítottuk: A plazma szél instabilitás a pellet sűrű felhőjéből indul ki. Ezt nemlineáris MHD szimulációk is igazolták. Ez jó hír, mert így méretezhető ez a technika például az ITER-re is. ECA 34A, 4.136, 2009 2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
7
12/8/2013
Pellet abláció vizsgálata ultragyors videó diagnosztikával ~200 000 kép/s felvétel az ablálódó deutérium pelletről
~600 000 kép/s felvétel az ablálódó deutérium pelletről
Az 1.6μs időfelbontás éppen elegendő a pellet felhő dinamikájának a vizsgálatához, viszont csak egy kisebb ROI tudunk csak használni. Kocsis Gábor
MNT Közgyűlés, Budapest
2013.12. 05
Pellet abláció vizsgálata ultragyors videó diagnosztikával A pellet felhőből periodikusan kis felhők válnak ki, amik zömében a kis mágneses terű régiók fele mozdulnak el. Lehetséges magyarázat: Az ionizált pellet felhő mágneses tér gradiense miatti driftje
ECA 37F, 1.093, 2012
A periodikus felhő kiválás (drift) lehet a magyarázata a pellet felhő által kibocsátott fény fluktuációjának. Ezt a driftelő és a kibocsátó felhőrészek sugárzásának a szétválasztásával állapíthatjuk meg. ECA 37D, 5.154, 2013
Frame number
2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
8
12/8/2013
Akik nélkül mindez nem jött volna létre: Arturo Alonso, Bakos József, Belonohy Éva, Rainer Burhenn, Paul Cierpka, Teddy Craciunescu, Cseh Gábor, Gál Kinga, Kardon Béla, Kálvin Sándor, Lampert Máté, Peter Lang, Ludwig Ledl, Günter Mank, Josef Neuhauser, Jose Luis de Pablos, Petravich Gábor, Bernhard Plöckl, Pokol Gergő, Albrecht Pospieszczyk, Szepesi Tamás, Veres Gábor, Christian Wittmann, Zoletnik Sándor MT-1M, TEXTOR, W7-AS, ASDEX Upgrade, JET teamek
2013.12. 05
MNT Közgyűlés, Budapest
Kocsis Gábor
9
