ELM perkurzor rezgések jellemzése a KSTAR tokamakra telepített nyalábemissziós spektroszkópia diagnosztika segítségével
ELM perkurzor rezgések jellemzése a KSTAR tokamakra telepített nyalábemissziós spektroszkópia diagnosztika segítségével
Zsuga Lilla Veronika MSc I. évfolyam
Témavezető: Dr. Zoletnik Sándor, MTA Wigner FK
Konzulens: Dr. Pokol Gergő, BME NTI Nukleáris Technika Tanszék
A dolgozat témája a fúziós plazmafizika egy fontos és bonyolult részterülete. A fúziós energiatermelés megvalósításához ~108K hőmérsékletű deutérium-trícium plazmát kell összetartani. Erre a jelenleg legsikeresebb kísérleti berendezések a tokamakok. Ezekben a berendezésekben részben a plazmában hajtott árammal, részben tekercsekkel helikálisan felcsavart toroidális geometriájú mágneses teret hoznak létre, amely összetartja a plazmát. A szükséges hőmérséklet elérését akadályozza a plazmában keletkező turbulencia által okozott hőtranszport. A kutatások egyik mérföldkövét jelentette mikor megfigyelték, hogy egy külső fűtési teljesítmény határt elérve a plazma úgynevezett L-H átmeneten megy át, amikor a plazma szélső rétegében spontán módon lecsökken a turbulencia, egy effektív transzport gát alakul ki, a hőmérséklet és nyomás lényegesen nagyobb értéket ér el. Ezt az állapotot H-módnak nevezik szemben a normál L móddal.
Az ELM (Edge Localized Mode) a H-mód plazma szélén megjelenő periodikus instabilitás, amely során a transzportgát periódikusan leépül, ezáltal részecskék és energia lökődik ki a plazmából, a szennyezők távozását segítve. Az ELM-ek során nagymértékű, hirtelen hőterhelés jut a berendezés bizonyos részeire, ami a következő generációs berendezéseknél jelentős károsodást okozhat. Az ELM-ek elmélete jelenleg nem teljes, csak kvalitatíve jellemzi viselkedésüket, nem írja le az instabilitás periódusidejét, a kilökött anyag mennyiségét. Az ELM-ek előtt megfigyelhetők úgynevezett prekurzor rezgések, amik feltételezhetően kapcsolatban álnak az őket követő instabilitás kezdetével. Ezért tehát a prekurzor rezgések természetének és ELM-ekkel való kapcsolatának megértése rendkívül releváns kutatási területe a fúziós plazmafizikának.
A dolgozatban a KSTAR tokamakon egy a Wigner FK által fejlesztett Nyalábemissziós Spektroszkópia (NyES) [1] jeleinek feldolgozása található. A diagnosztika a plazmába lőtt fűtő nyaláb részecskéi által emittált fényt méri, amely közel arányos a lokális plazmasűrűséggel, így a jelekben a sűrűségfluktuációk vizsgálhatók. A mérésekben gyakran látható, hogy prekurzor rezgések jelennek meg, azonban amplitúdójuk növekedése megáll és hosszan, akár több száz perióduson keresztül is állandó [2]. A frekvencia lassan eltolódhat, de vannak olyan esetek is, amikor hirtelen megváltozik. Ilyen jelenséget más berendezésen is megfigyeltek, azonban nem világos mi stabilizálja a hullámot és mi váltja végül ki az ELM instabilitást. A KSTAR NyES diagnosztika kétdimenziós térbeli felbontással lefedi a plazma egy 4x16 cm-es tartományát és így tanulmányozni lehet a radiális kiterjedést, hullámhosszat, frekvenciát. Ezek vizsgálatát mutatom be dolgozatomban.
Irodalom:
1. M. Lampert et al., „Combined hydrogen and lithium beam emission spectroscopy observation system for Korea Superconducting Tokamak Advanced Research”, Rev. Sci. Instrum., Vol. 86, 073501 (2015).
2. G. S. Yun et al., „Two-dimensional visualization of growth and burst of the edge-localized filaments in kstar h-mode”, Plasma. Phys. Rev. Lett., Vol. 107, 045004 (2011).
