Elektronhőmérséklet mérések elemzése idő-frekvencia analízissel az ASDEX-Upgrade tokamakon
A wolfram plazmahatároló elemek használata az ASDEX Upgrade (AUG) tokamakon előtérbe helyezte a plazma közepén megnövekedő szennyező-koncentráció szabályozását. A részlegesen ionizálódott magas rendszámú szennyezők ugyanis, a vonalas sugárzás útján okozott sugárzási veszteségek hatására, a plazma teljesítmény leromláshoz illetve sugárzásos plazma-összeomláshoz vezethetnek. Központi elektron ciklotron rezonancia fűtés (ECRH) segítségével csökkenthető a szennyezők koncentrációja a plazma közepén, de az ezért felelős fizikai mechanizmusok nem ismertek (lásd [1] és az ott felsorolt hivatkozások). Mivel az ECRH használata a q=1 felületen belül gyakran erős, szaturált MHD aktivitáshoz vezet, az egyszerű perturbációs szennyezőtranszport-elméletek nem használhatóak a jelenség jellemzésére, így új módszerek kifejlesztése szükséges.
A feladat első lépése a kétdimenziós elektronhőmérséklet profil rekonstrukciója az egydimenziós elektron ciklotron rezonancia emissziós diagnosztika (ECE) jelei alapján, mely rögzített poloidális metszetben, különböző radiális pozíciókban, lokálisan méri az elektronhőmérsékletet. Az elektronhőmérséklet fluktuációjának vizsgálatával a kétdimenziós profil rekonstruálható feltételezve, hogy a módusok forgása az egyensúlyi mágneses felületet követi. A korábban alkalmazott eljárás a rekonstrukcióhoz használt periodikus jelkomponensek paramétereit diszkrét Fourier-transzformáció (DFT) segítségével állította elő.
Munkám során optimalizáltam a korábbi módszert rövid idejű Fourier-transzformáció [2] (STFT) alkalmazásával, mely kiválóan alkalmas különböző harmonikusokból álló oszcilláció időben változó amplitúdójának és fázisának vizsgálatára [3]. Mivel az alkalmazás a harmonikusok amplitúdóinak valós fizikai mértékegységben történő meghatározását követeli meg, az STFT során használt normalizációs faktorok pontos meghatározása vált szükségesség, így az STFT eredményei alapján kiszámolt amplitúdók mértékegysége eV. Az eredmények bizonytalanságának meghatározása érdekében Gauss-féle hibaterjedést vizsgáltam az STFT-re, melynek alkalmazhatósági feltételeit pontosan meghatároztam. Ezek azt mutatták, hogy a vizsgált esetekben magas jelenergia esetén alkalmazható a Gauss fél hibaterjedés. Mivel az elektronhőmérséklet rekonstrukciójához csak azok a jelkomponensek szükségesek, melyek frekvenciáin a jel energiája magas, így az eredmények bizonytalansága pontosan meghatározható.
A korábbi módszerhez képest szignifikánsan jobb egyezést sikerült elérni az ECE jelek rekonstrukciójában, továbbá az eredmények bizonytalanságának meghatározásával sikerült teljessé tenni a kísérleti adatok elemzését.
Irodalom:
1. M. Sertoli et al., “Local effects of ECRH on argon transport in L-mode discharges at ASDEX Upgrade”, Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol. 53, No. 3, 035024 (2011).
2. S. Mallat, “A Wavelet Tour of Signal Processing”, Academic Press, 3rd edition, (2008).
3. G. Pokol, “Stability and Statistical Analysis of Transient Waves in Fusion Plasmas”, Thesis for the degree of Licentiate of Engineering, Chalmers (2007).
