Tokamak diszrupciókban keletkező elfutó elektronok vizsgálata
A növekvő energiaigények mellett napjaink fontos kérdése a korszerű energiatermelés, melyre jó válaszul szolgálhat a magfúzió is. Jelenleg a tokamakok tűnnek a legalkalmasabbnak ennek megvalósítására, azonban még számos feladatot kell megoldanunk az erőművi alkalmazásáig.
A megoldandó problémák közé tartozik a plazmában üzemzavari körülmények között létrejövő úgynevezett diszrupció is. Ennek hatására keletkezhetnek elfutó elektronok, melyek nagyenergiájú részecske nyalábot alkotva súlyos károkat tehetnek a berendezés belső falában [1].
A diszrupciók kezelésére és az elfutó elektronok elnyomására nemesgáz (pl. argon) befecskendezéseket használnak. Ilyen kísérletek folynak a németországi ASDEX Upgrade tokamakon is, amelynek idén nyáron végzett kísérletinél én is részt vettem.
A kísérletekben tapasztalt folyamatok mélyebb megértéséhez elméleti modellek alapján felépített numerikus szimulációkat használunk. A dolgozatom elkészítésénél a GO szimulációs kódot használtam [2]. Ez egy egydimenziós numerikus kód, amely önkonzisztensen számolja az elektromos tér változását. Első körben a diszrupció alapparamétereinek (posztdiszruptív hőmérséklet, hűlési sebesség, sűrűség, stb.) hatását vizsgáltam az elfutó elektronok keletkezésére és dinamikájára. Ezután tértem át a gázbefecskendezéses esetek tanulmányozására, ahol már az atomfizikai folyamatokat is figyelembe vesszük.
Célom az ASDEX-en végzett kísérletek jobb megértése volt, ezért a modell alapparamétereit ennek megfelelően állítottam be. Ezeknél a szimulációknál azonban adott anyagösszetétel mellett, adott hőmérsékleten és sűrűségen megjelent egy lokális termikus instabilitás, ún. filamentáció, mely során a plazmaáram fűtési teljesítménye és a lesugárzott teljesítmény közötti különbség pozitív és nő a hőmérséklettel, ami egy pozitív visszacsatolást okoz. Részletesen kielemeztem, hogy milyen körülmények között alakulhat ki a filamentáció, majd egy Larmor-sugár mérettartományába eső paraméterátlagolással fizikailag indokolható módon megoldottam az elnyomásukat. Ezáltal a numerikus számításaim közvetlenül az ASDEX Upgrade tokamakra is alkalmazhatóak lettek.
Irodalom:
1. E. M. Hollmann et al.: Status of research toward the ITER disruption mitigation system, Physics of Plasmas, vol. 22, 021802 (2015)
2. G. Papp et al..: The effect of ITER-like wall on runaway electron generation in JET. Nuclear Fusion, vol. 53, 123017 (2013).
szerző
-
Erdős Boglárka
Energetikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
-
Dr. Papp Gergely
tudományos munkatárs, Max Planck Plazmafizikai Intézet (külső)