BES szintetikus diagnosztika alkalmazása ASDEX-Uprade tokamakon
A fúziós plazmafizika egy aktívan kutatott tudományterület, mely várhatóan hozzá
fog járulni a fúziós energiatermelés jövőbeni elterjedéséhez. Ennek egyik megvalósítása
mágnesesen összetartott, nagyságrendileg százmillió kelvines hőmérsékletű
termikus plazmában történik.
A határréteg plazma (Scrape-Off Layer: SOL) a mágnesesen összetartott régión
kívül, nyílt erővonalakon helyezkedik el, és kapcsolatot teremt a plazma és az azt
határoló felületek között. A SOL viselkedése megadja a varható hőterhelést a plazmát
határoló felületeken, továbbá jellegét meghatározza a benne fellépő, filamentumoknak
nevezett sűrűségfluktuációk dinamikája. [1]
A plazmafizikai kutatások kivitelezéséhez elengedhetetlenek a diagnosztikai eljárások.
A mágneses összetartás és az igen magas hőmérséklet miatt a plazmafizikai
mérések bonyolult eljárásokat kívánnak. Ezek egyike a nyalábemissziós spektroszkópia
(Beam Emission Spectroscopy - rövidítve: BES) [2], mely során egy neutrális
atomnyaláb kerül belövésre a plazmába, ahol a nyalábatomok a plazmarészecskékkel
való ütközések során gerjesztődnek, majd karakterisztikus hullámhosszakon spontán
módon fotonokat emittálnak. Egy megfigyelőrendszer detektálja az emittált fotonfluxust,
melynek intenzitása és térbeli eloszlása alapján következtethető a plazma
sűrűségprofilja illetve annak fluktuációja. A gerjesztődés mellett lezajló egyéb atomi
reakciók (ionizáció, töltéscsere) miatt a nyalábintenzitás a plazma belseje felé
haladva csökken, ennek megfelelően a BES-t főként plazmaszél-diagnosztikaként alkalmazzák,
ennélfogva kiválóan alkalmas SOL-filamentumok detektálására.
A BES modellezése elősegíti a detektált fizikai jelenségek értelmezését, illetve számszerűsíti
a diagnosztika képességének korlátait [3]. A RENATE egy, a BME NTI által
fejlesztett teljes-háromdimenziós BES szintetikus diagnosztikai kód .
Munkám során a RENATE BES szintetikus diagnosztikát egészítettem ki a BES
szempontjából releváns detektorokra vonatkozó zajmodellekkel. Ennek elkészítése
azért volt lényeges, mert a diagnosztika mikroszekundumos időskálán igen alacsony
fotonszámok mellett dolgozik, így az emisszió során, illetve a detektálási rendszerben
keletkező zaj szignifikánsan befolyásolhatja a mért jelet. Munkám során egy
részletes, és egy Gauss-megközelítésű zajmodellt fejlesztettem, és a két eltérő metódus
eredményeit hasonlítottam össze.
Ezt követően a HESEL 2D SOL turbulenciakód [4] által generált hőmérséklet- és
sűrűségfluktuációk alapján generált szintetikus jelben figyeltem meg a diagnosztika
(különös tekintettel a zajra) a filamentumokat jellemző gyakoriságra, illetve
amplitúdóeloszlás-függvényre gyakorolt hatását.
Végezetül pedig az ASDEX Upgrade tokamakon végzett Li-BES mérésekkel hasonlítottam
össze a szintetikus diagnosztika eredményeit.
Hivatkozások:
[1] G. Birkenmeier et al. Plasma Phys. Control. Fusion, 56(7):075019, (2014).
[2] D. M. Thomas et al. Fusion Sci. Technol., 53(2):487–527, (2008).
[3] D. Guszejnov et al. Rev. Sci. Instrum., 83:113501, 11 (2012).
[4] J. Madsen et al. Phys. of Plasmas, 23(3):032306, (2016).
szerző
-
Andorfi István
Fizika alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Asztalos Örs
Doktorandusz, Nukleáris Technika Tanszék
