Schlieren képalkotó diagnosztika fejlesztése fúziós alkalmazásokhoz
Schlieren képalkotással egy átlátszó közeg sűrűség változásai vizualizálhatóak. Ehhez egy paraboloid vagy gömbtükör kétszeres fókuszpontjához egy fényforrást helyezünk, illetve egy borotvapengével kitakarjuk a visszavert fény egy részét, ott, ahol az fókuszálódik. Ha a tükör
előtt valamilyen sűrűségváltozás van, az eltéríti a rajta áthaladó fényutat, és ezen fényút eltérülések számunkra intenzitás változásokként látszanak a kamera képeken. A kettő között a törésmutató változás és az optikai úthosz teremt kapcsolatot.
Munkám során egy Schlieren képalkotó diagnosztikát terveztem és telepítettem az Energiatudományi Kutatóközpontban található tört pellet belövő (Shattered Pellet Injector - SPI) rendszerre. Az SPI célja, hogy egy nagynyomású gázzal gyorsított fagyasztott hidrogén pelletet juttasson be egy mágnesesen összetartott fúziós berendezés plazmájába, annak kontollálatlan összeomlása, úgynevezett diszrupciója közben. A pelletet a plazmába érés előtt egy fémlapon összetörve kriogén port hozunk létre, mely a plazmába jutva hősugárzássá alakítja annak energiáját, egyenletesen szétoszlatva azt térben és időben a berendezés falán. Az ITER, az első reaktor méretű tokamak kísérlet első falának épségét 27 db SPI védi majd. Az EK SPI kísérlet célja a pellet fagyasztásának, gyorsításának és összetörésének vizsgálata.
Az ITER számára kritikus a pellet körül kialakuló gázáramlás ismerete, mely vizsgálatára eddig pontmérések mellet csak modellezés történt. A Schlieren képalkotás alkalmas a közeg sűrűségváltozásainak, így a hajtógáz turbulens áramlásának láthatóvá tételére anélkül, hogy a pellet vagy a gáz mozgását befolyásolná.
Egy nagy fókusztávolságú lencsével vizualizáltuk a törésmuatató gradiensek hatását az érzékelt intenzitásra, ami lehetőséget teremt a rendszer sűrűség-intenzitás kalibrálására. Végrehajtottunk a rendszer térkalibrációját is egy milliméter skálázott ernyő tárgy térbe helyezésével és annak leképezésével. Az SPI rendszerre telepített Schlieren diagnosztikával vizsgáltuk a pellet gyorsítására szolgáló nagynyomású szelepből kiáramlást légköri nyomásra nyitva nitrogénnel, illetve a vákuumrendszerbe nyitva hidrogénnel. A szelep dugattyújának különböző nyitásai mellett megfigyeltünk szub- és szuperszonikus kiáramlást mely lehetőséget teremt majd a szelep fúvókájának optimalizációjára. A pellet körüli áramlások vizsgálatához szükséges SPI üzemre még nem került sor a diagnosztika installációja óta, de ez is a közeljövő tervei között szerepel.
szerző
-
Vavrik Márton
Fizikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Réfy Dániel Imre
Tudományos munkatárs, Energiatudományi Kutatóközpont (külső)
