Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban

Átírás

1 Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban Pokol Gergő BME NTI BME TTK Kari Nyílt Nap november 16.

2 Hogyan termeljünk villamos energiát? Bőséges üzemanyag: Amennyit csak akarunk, egyenletesen elosztva! Tiszta: Ne keletkezzenek hosszú távon is szennyező anyagok, vagy változások a környezetben! Biztonságos: Általában biztonságos és katasztrófamentes! Szabályozott: Pont annyit elektromos teljesítményt ad, amennyire szükség van! 2

3 Magfizikai alapok maghasadás 3

4 Fúziós reaktor üzemanyagciklusa D + T 4 He(3.52 MeV) + n(14.1 MeV) D + D 3 He(0.82 MeV) + n(2.45 MeV) D + D T(1.01 MeV) + p(3.02 MeV) D + 3 He 4 He(3.66 MeV) + p(14.6 MeV) ~200 millió C plazma! A fúziós reakcióban nem keletkeznek radioaktív izotópok! 4

5 Plazma Halmazállapotok Atom Atommag Elektron Szilárd Folyékony Légnemű Plazma Melegítés Az Univerzum látható anyagának többsége plazma halmazállapotban van! 5

6 Mágneses összetartás Forró, híg plazmában (ionok + elektronok) a részecskék szabad úthossza nagy (gyakorlatilag ütközésmentes rendszerről van szó). A Lorentz erővel a mozgásegyenlet: ma qv B csavar pálya a mágneses erővonal mentén. 6

7 Mágneses összetartás, toroidális geometria 7

8 Mágneses összetartás berendezéstípusai Tokamak Sztellarátor Toroidális plazmaáram Helikális tekercsek (1) vákuumkamra, (2) mágneses tekercsek, (3) plazma, (4) plazmaáram, (5) mágneses erővonal, (6) mágneses tengely, (7) radiális irány, (8) toroidális irány, (9) poloidális irány 8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14 Semleges atomnyaláb fűtés Fúziós plazma fűtése gyors ionokkal Fúziós reakciók D + T 4 He(3.52 MeV) + n(14.1 MeV) 14

15 Periodikus pályaelemek a gyors ion pályákban A kvázi-periodikus ion mozgás rezonanciába kerülhet plazmahullámokkal. A gyors részecskepopuláció gerjesztheti a rezonáns hullámokat! 15

16 Részecske-hullám rezonáns kölcsönhatás 16

17 Hullámok hatása a gyors ionokra - szimulációk Nemlineáris kinetikus szimulációk valós tokamak geometriában (ENEA csoport, Olaszország) Kvázi-lineáris kölcsönhatás Nincs közvetlen kölcsönhatás a hullámok között Radiális gyors ion profil lokálisan ellaposodik Teljes nemlineáris dinamika Nemlineáris hullám-hullám kölcsönhatás Összeáll a nemlineáris szállítószalag! A gyors ionok hosszan utaznak kifelé Plazma közepe Plazma széle Plazma közepe Plazma széle Carlevaro, NAT Meeting,

18 ASDEX-Upgrade tokamak Garching bei München 18

19 Mágneses szonda mérésekből: Mit mutat a kísérlet? Pölöskei, NF,

20 Hullám-hullám nemlineáris csatolás vizsgálata bikoherenciával Pölöskei, NF,

21 Van nemlineáris kölcsönhatás! Ráadásul ellentétes irányba terjedő n=-4 és n=+2 toroidális módusszámú hullámok között! Pölöskei, NF,

22 Összefoglalás Magfúzióval óriási energia szabadítható fel kevés üzemanyagból. Deutérium korlátlanul rendelkezésre áll, a tríciumot lítiumból kell megtermelni a reaktor köpenyében. A reakció végterméke stabil izotóp, nem radioaktív ( 4 He). Mágneses összetartás tórusz alakú tokamakban vagy sztellarátorban. A kis anyagmennyiség és a láncreakció hiánya miatt biztonságos. A plazmát leginkább gyors ionokkal tudjuk a szükséges 200 millió fokra felfűteni. A gyors ionok rezonáns plazmahullámokat kelthetnek, amik kiszórják őket a plazmából, így azok a falat fűtik a plazma helyett. A hullámok nemlineáris kölcsönhatásából adódó nemlineáris szállítószalag drámaian megnövelheti a kiszórás hatékonyságát. Kísérletekben megfigyeltük a szállítószalag nyomait! 22

23 Plazma kísérlet a kerengőn 23