Szintetikus diagnosztika-alapú eljárás a HESEL turbulenciakód validációjához
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 befolyásolja a varható hőterhelést a plazmát határoló
felületeken, továbbá jellegét meghatározza a benne fellépő, filamentumoknak nevezett
sűrűség-fluktuációk dinamikája. [1]
A plazmafizikai kutatások kivitelezéséhez elengedhetetlenek a diagnosztikai eljárások. A
mágneses összetartás és az igen magas hőmérséklet miatt a plazmafizikai mérések bonyolult
megvalósításokat kívánnak. Ezek egyike a nyalábemissziós spektroszkópia (Beam
Emission Spectroscopy - rövidítve: BES) [2], mely során egy monoenergiás semleges
atomnyalábot juttatnak 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 fúziós kutatások szempontjából igen jövedelmezőnek adódik mind a plazmafizikai jelenségek,
mind a mérési eljárások számítógépes modellezése (lévén, hogy az analitikus számolás
a rendszereink összetettsége miatt nagyrészt kivitelezhetetlen, sőt sok esetben még
numerikusan is nehezen kezelhető, számításigényes). A filamentáris jelenségek szempontjából
a plazmában fellépő turbulens transzport vizsgálata elsődleges fontosságú. Ilyen
numerikus modellezést valósít meg a HESEL [3], mely egy kétfolyadék-elméleten alapuló
kétdimenziós turbulenciakód.
A BES modellezése elősegíti a detektált fizikai jelenségek értelmezését, illetve számszerűsíti
a diagnosztika képességének korlátait [4]. A RENATE egy, a BME NTI által fejlesztett
teljes háromdimenziós BES szintetikus diagnosztikai kód.
A dolgozatban egy átfogó, a filamentáris dinamika szempontjából releváns paramétereken
alapuló eljárást ismertetek a RENATE szintetikus diagnosztika, és az ASDEX-Upgrade
tokamak Li-BES rendszerén végrehajtott mérések eredményeit felhasználva, melynek alkalmazása
egy újabb lépést jelenthet a HESEL turbulenciakód, és az ebben megvalósított
fizikai modell validálása felé.
[1] G. Birkenmeier, F. M. Laggner, M. Willensdorfer, T. Kobayashi, P. Manz, E. Wolfrum,
D. Carralero, R. Fischer, B. Sieglin, G. Fuchert, and U. Stroth. Magnetic field
dependence of the blob dynamics in the edge of ASDEX Upgrade L-mode plasmas.
Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(7):075019, (2014).
[2] D. M. Thomas, G. R. McKee, K. H. Burrell, F. Levinton, E. L. Foley, and R. K.
Fisher. Chapter 6: Active Spectroscopy. Fusion Science and Technology, 53(2):487–
527, (2008).
[3] J. Madsen, V. Naulin, A. H. Nielsen, and J. Juul Rasmussen. Collisional transport
across the magnetic field in drift-fluid models. Physics of Plasmas, 23(3):032306,
(2016).
[4] D. Guszejnov, G. I. Pokol, I. Pusztai, D. Réfy, S. Zoletnik, M. Lampert, and Y. U.
Nam. Three-dimensional modeling of beam emission spectroscopy measurements in
fusion plasmas. Review of Scientific Instruments, 83(11):113501, (2012).
szerző
-
Andorfi István
Fizikus mesterképzési szak (MSc)
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Asztalos Örs
Doktorandusz, Nukleáris Technika Tanszék
