Deutérium pelletekkel keltett zavarok mágnesesen összetartott plazmában 1. Motiváció ELM-keltés folyamatának vizsgálata 2. Kísérleti elrendezés Diagnosztika Szepesi Tamás MTA KFKI RMKI Kálvin S., Kocsis G., P.T. Lang, M. Maraschek, J. Neuhauser, Pokol G. Plazma üzemmódok 3. Adatfeldolgozás 4. Eredmények MHD amplitúdó Spektrum 5. Összefoglalás 2008. június 25.
1. Motiváció: ELM-keltés ELM: MHD instabilitás a plazma szélén, H-módban jelentős részecske- és energiaveszteség jelentős (veszélyes!) hőterhelési csúcs a divertoron a szennyezőket is eltávolítja a plazmából sugárzásos összeomlás elkerülése (Z eff nem nő) Lang, NF 45, 502 ELM-frekvencia, f ELM [Hz] ELM-keltés pelletekkel prompt trigger (< 1ms) kísérletileg eddig csak ELM 2 f a keltési mechanizmus ismeretlen f 0 ELM pellet frekvencia, f pel [Hz]
1. Motiváció: ELM-keltés Lehetséges kiváltó okok: sűrűség perturbáció (c s,ion ~ 10 5 m/s) MHD perturbáció (v Alfvén ~ 10 7 m/s) hűlési hullám (v termikus,e ~ 10 7 m/s) 250 200 dt ELM_ONSET 0 l l = dt + v dt ELM_ONSET =2.7(0.4)cm*V -1 p +50.1( 7.1)10-6 s dt elapsed > 8.0ms 0 pellet ELM-keltés pelletekkel, eddigi ismeretek az ELM globális jelenség minden pellet kelt ELM-et tömegtől, sebességtől függetlenül ELM-trigger pont: ~2,7 cm-rel a szeparátrixon belül ELM növekedési idő : ~ 50 μs dt ELM_ONSET [10-6 s] 150 100 50 0 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 V -1 p [s/m] Kocsis et al, NF47, 1166
2. Kísérleti elrendezés diagnosztika Mágneses szondák ( BAL tekercsek ) 8 tekercs(poloidálisan) 6 tekercs(toroidálisan) LFS-on elhelyezve (plazma instabil görbülete) plazmához egészen közel 2 MHz-en mintavételezett magasabb módusszámokra is érzékeny pellet
2. Kísérleti elrendezés plazma üzemmódok L-mód (standard OH) csak ohmikus fűtés jól parametrizált I-es típusú ELMy H-mód 5 MW NBI és 1 MW ICRH jól parametrizált alacsony sűrűség alacsony hőmérséklet közepes sűrűség magas hőmérséklet nincsenek ELM-ek pellet által keltett zavar jobban tanulmányozható kevesebb nagy ELM f ELM ~ 5 80 Hz mágneses szondán ELM >> pellet
3. Adatfeldolgozás szeparátrixidő ELM-késés 500 μs B31-14 Pellet lokalizáció gyors kamerák + térbeli kalibráció (R, z) illetve ρ pol időzített, rövid expozíciók szeparátrix-idő (type-i) ELM pellet MHD amplitódú meghatározás mágneses szonda HF jelének burkolója: LF szűrés: 10-pont (5μs) átlag-levonás V pp /2 minden 50 pontra (25μs) indoklás: jó kvalitatív egyezés FFT 100-300 khz közötti integrált teljesítménnyel (ELM tipikusan itt) Spektrum meghatározása spektrogram STFT-vel B r
4. Eredmények OH (1) MHD amplitúdó folyamatos (~monoton) felfutás nincs szaturáció exp. lecsengés a pellet kiégése után sebességfüggetlen 200 μs MHD amplitúdó [t.e.] Szeparátrixtól mért távolság [cm]
4. Eredmények OH (2) 1000 khz Coherence 100 10 Spektrum-vizsgálat a jelenlévő módust felerősíti szélesebb spektrum (gerjesztés) a pellet után alacsonyabb frekvenciával tér vissza a módus TAE (toroidal Alfvén eigenmode)
4. Eredmények OH (3) TAE-vizsgálat frekvenciája sűrűségfüggő pelletbelövés sűrűség nő f TAE 1 va 1 Bt = = 2π 2qR 2π μ M n 2qR 0 i e 1 Maraschek et al, Phys.Rev.Lett 79, 4186 Sűrűség-változás: mérésből: 34%-os növekedés frekvencia-eltolódásból: 26% (±10%) dn = 0,56 10 19 m -3
MHD amplitúdó [t.e.] 4. Eredmények I-es típus (1) MHD amplitúdó éles ELM-tüske (nem pellet!!!) elnyomja a pellet jelét az ELM után újra látszódhat a pellet exp. lecsengés a pellet kiégése után sebességfüggetlen 200 μs type-i OH Szeparátrixtól mért távolság [cm]
4. Eredmények I-es típus (2) természetes ELM triggerelt ELM ELM-ek között: n=3,4 washboard módusok Perez et al, PPCF46, 61 Ugyanaz az n=-6 módus, mint az OH esetében! az ELM után nagyon rövid ideig pelletes esetben hosszabban!
4. Eredmények hűlési hullám Idő [s] Idő [s] azonnali hűlés a pellet által érintett teljes fluxusfelületen (ECE 90 toroidálisan) pelletfelhő ~2cm átmérőjű, 31 khz ECE mintavétel, driftek a hűlés mértéke igen jelentős (10-50%) és sebességfüggő nagy gradiensek a hőmérséklet- és nyomásprofilokban a hűlési front a pellettel együtt halad a hűlés a pellet teljes élettartama alatt tart, kiégése után lassan (~ms) regenerálódik
5. Összefoglalás Pellet által okozott perturbációk: lokális sűrűségnövekedés lassan terjed (10 5 m/s), DE: lehetne aszimmetrikus trigger is! az MHD módusok nem a pelletfelhőből nőnek ki (mérések) szélessávú Afvén-hullámok gerjesztése (mozgó diamágneses pelletfelhő) gyorsan terjed (10 7 m/s), hozzájárulhat az ELM-keltéshez DE: struktúrájuk eltér az ELM-ek alatt tapasztaltaktól, amplitúdójuk 10-100x kisebb hűlési hullám gyorsan terjed (10 7 m/s), legvalószínűbb kiváltó ok (kizárásos alapon) gradiens-növekedés a pedesztálban peeling-ballooning instabilitás