Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Sebességmérési módszerek plazma turbulenciában Bardóczi László harmadéves fizikus hallgató, BME Témavezető: Dr. Zoletnik Sándor főosztályvezető, MTA KFKI.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Sebességmérési módszerek plazma turbulenciában Bardóczi László harmadéves fizikus hallgató, BME Témavezető: Dr. Zoletnik Sándor főosztályvezető, MTA KFKI."— Előadás másolata:

1 Sebességmérési módszerek plazma turbulenciában Bardóczi László harmadéves fizikus hallgató, BME Témavezető: Dr. Zoletnik Sándor főosztályvezető, MTA KFKI RMKI TDK konferencia

2 A kísérletek azt mutatják, hogy a mágneses szigetelésen átmenő hő és részecsketranszportot a turbulencia dominálja. - a hőmérsékelt és sűrűség inhomogenitások turbulenciát gerjesztenek - a turbulencia mezostruktúrát (zonális áramlásokat) gerjeszt és energiát ad át neki - a zonális áramlások visszahatnak, csillapítják a turbulenciára - a csillapításon keresztül a zonális áramlások befolyásolják a transzportot - a transzportfolyamatok módosítják a hőmérséklet- és sűrűségprofilokat A plazma a profilok, a turbulencia és az áramlások önszabályozó rendszere. A plazma mint önszabályozó rendszer 2. oldal TDK konferencia Bardoczi L.

3 A zonális áramlások egy ága: Geodesic Acoustic Modes (GAM). A poloidális áramlási sebesség nagyfrekvenciás modulációját okozzák. * A Review of Zonal Flow Experimetns, Akihide Fujisawa,Nucl.Fusion 49 (2009) Zonális áramlások, GAM-ok * 3. oldal TDK konferencia Bardoczi L.

4 A cél: GAM sebességmodulációk kimutatása lítium atomnyaláb spektroszkópiával mért fényjelek analízisével a TEXTOR tokamakon. A cél és a feladat megfogalmazása 4. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Feladat: jelen kísérleti körülmények között alkalmas sebebességszámítási módszerek kifejlesztése és optimalizálása. Körülmények: % relatív zajszint, % relatív sebességmodulációs amplitúdó.

5 A feladat fő lépései 5. oldal TDK konferencia Bardoczi L. A mérési eljárás megismerése Mért fényjelek tulajdonságainak vizsgálata Teszt fény- és sebességjelek generálása Sebességszámítási módszerek programozása IDL-ben: Kereszt-korreláció maximumhelye Optimalizálás Kereszt-fázis illesztés Optimalizálás Auto-korreláció minimumhelye Optimalizálás Auto-spektrum várható értéke Optimalizálás Amplitúdó átviteli függvények meghatározása Alkalmazás mért jelekre, GAM-ok kimutatása Tesztelés, érzékenységi tartományok meghatározása (2 pontos, direkt térben) (2 pontos, Fourier térben)(1 pontos, direkt térben) (1 pontos, Fourier térben)

6 1.Li + forrás 2.Li + nyaláb 3.Eltérítő lemezek 4.Neutralizáló cella 5.Li atomnyaláb 6.Tokamakfal 7.Fotodetektorok 8.Mért pontpár sor Egypontos mérés: fix nyalábpozíció Kétpontos mérés: periodikus mozgatás. Mintavételi idők: Egypontos mérés: 0.4 μs Kétpontos mérés: 2.4 μs Atomnyaláb spektroszkópiai mérések 6. oldal TDK konferencia Bardoczi L.

7 Teszt fényjelek generálása mért jelek mintájára 7. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Véletlen számsorozat generálás normális eloszlással. Auto-korrelációs hossz és jellemző hullámhossz (kvázi koherens módú plazma) beállítása konvolúcióval. Az így nyert – turbulencia struktúrákat modellező – idősor mozgatása előírt (időfüggő) sebességgel a mérési pontokon keresztül. Várható érték és szórás (fluktuációs amplitúdó beállítása) Zaj hozzáadása mindkét jelhez.

8 Teszt sebességjelek generálása 8. oldal TDK konferencia Bardoczi L. A sebesség két két részből áll: - állandó rész: - modulált rész:. A modulált rész egy normális eloszlással generált véletlen számsorozat és s(x) konvolúciójaként áll elő. Az α és β paraméterek megválasztása kísérletek alapján Szimulált sebesség spektruma * K.-Flecken, Soldatov et al., Plasma Phys. Control. Fusion 51 (2009) Mért sebesség spektruma *

9 Sebességszámítás kereszt-korrelációs módszerrel 3. Maximumhely meghatározás parabola illesztéssel A kereszt-korrelációs függvény maximumhely eltolódása megadja az átalgos időkésést két korrelált jel között. A számítás fő lépései: 2. A korrelációs függvény számítása a rövid szakaszokra 1. Mért jelek darabolása rövid szakaszokra (5-15 μs) 4. A számolt időkésés elmentése egy vektorba 9. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Megjegyzés: Kis amplitúdójú sebességingadozások esetén az időkésés és a sebesség spektruma arányosak egymással.

10 A kereszt-korrelációs módszer optimalizálása 10. oldal TDK konferencia Bardoczi L. A korrelációs függvény hibája arányos -nel, ahol n a minták száma. Következmény: rövid szakaszokon a korrelációs függvény nagy hibával terhelt. Megoldás: számolás csak a várható érték környezetében. 3 pontra kell számolni

11 A kereszt-korrelációs módszernél 3 pontra illesztettem parabolát, a többi információt eldobtam. Ötlet: keressünk olyan módszert, ahol több információt használnánk fel! Egyenes illesztés a fázismenetre legkisebb négyzetek módszerével. Súlyfüggvény az autospektrum (zajszűrés). Sebességszámítás kereszt-fázis illesztéssel 11. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Egy idősor és önmaga eltoltjának kereszt-fázisa arányos az időkéséssel: 2π fázisugrások elkerülése az átlagos időkéséssel való eltolással.

12 A kereszt-fázis illesztés lépéseinek összefoglalása 1. jel eltolása Δt-vel Átlagos időkésés levonva Csak a kis (5-40%) modulációk maradtak meg. Ezek már nem okoznak 2π ugrást a kereszt-fázisban. A globális kereszt- korrelációs függvény maximumhely eltolódása megadja a két jel közötti átlagos időkésést. 1. Lépés: 2π fázisugrások elkerülsése

13 2. Lépés: Kereszt-spektrum és kereszt-fázis meghatározása. 3. Lépés: Egyenes illesztés a spektrummal súlyozott legkisebb négyzetek módszerével A kereszt-fázis illesztés lépéseinek összefoglalása súlyfüggvény nélkül súlyfüggvénnyel Csak azokat a Fourier-komponenseket veszi figyelembe, amlyek a jelekben szisztematikusan jelen vannak, a zajt levágja.

14 Sebességszámítás auto-korrelációs módszerrel 14. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Az egypontos méréseknél 6-szor sűrűbb a mintavételezés (több információ). Az auto-korrelációs függvény minimumhelye összefügg a sebességgel:. Ez a módszer kvázi-koherens módú plazmák esetén alkalmazható. Számítási tartomány optimalizálása. 3 pontra kell számolni. A mellékmaximumokra is érzékeny.

15 Sebességszámítás a spektrum várható értékével 15. oldal TDK konferencia Bardoczi L. A fényjel spektrumának várható értéke arányos a terjedési sebességgel. A spektrum várható értéke meghatározható minden szakaszra. A hullámhossz állandónak tekinthető, mert nem ismert olyan jelenség, amely a poloidális hullámhosszt a plazma áramlási sebességén keresztül modulálná. Így a sebesség spektruma meghatározható.

16 A módszerek érzékenységének vizsgálata 16. oldal TDK konferencia Bardoczi L. GAM teljesítmény meghatározása számolt sebesség spektrumból. Parabola illesztés a háttérre, zaj levonása, GAM teljesítmény meghatározása. GAM teljesítmény szórásának meghatározása. A módszerek érzékenysége a zajszinten és a sebesség felbontásán múlik ( ). Zajszint adott a kísérletekben ( %). A felbontást alulról limitálja a statisztikus módszerek hibája, felülről limitálja a mintavételi törvény (ΔT < 33μs)

17 A módszerek érzékenységi tartományai 17. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Legalább 20%-os relatív modulációs amplitúdójú GAM-ok meghatározhatók.

18 Amplitúdó átviteli függvények 18. oldal TDK konferencia Bardoczi L. A relatív modulációs amplitúdó (0-40%) és a relatív zajszint (0-300%) síkon a kimenő relatív modulációs amplitúdó számolása. Például ha a kimeneten 210%-os zajszinten 2%-os a amplitúdót látunk az auto- korrelációs módszerrel, akkor a plazmában lévő GAM amplitúdó becsült értéke ~16%.

19 19. oldal TDK konferencia Bardoczi L. Alkalmazás, kísérleti eredmények Az auto-korrelációs és kereszt-korrelációs módszereket a TEXTOR tokamakon lítium atomnyaláb spektroszkópiával mért fényjelekre alkalmazva sikerült 15 kHz- es GAM-okat találni cm mélyen a plazmában. Li nyalábbal ott mérhető, ahol a reflektometria nem látja. Más kisülésekből kiderült, hogy növekvő radiális koordinátával a GAM frekvencia lecsökken. A plazma szélén 10 kHz a GAM frekvencia. Ez összhangban van a plazma szélén mérő Langmuir szondákkal nyert eredményekkel. Két módszerrel (különböző típusú Li atomnyaláb mérésekben) kimutathatók a GAM-ok. Az eredmények megegyeznek más diagnosztikákkal nyert eredményekkel.

20 Összefoglalás 20. oldal TDK konferencia Bardoczi L. A mérési módszerrel való megismerkedés A mért jelek tulajdonságainak megismerése A korábban elért eredmények megismerése Szimulációs jelek generálása a módszerek teszteléséhez Sebességszámítási módszerek programozása - ismertek (CCFM, CPS) és újak (ACFM, ASM), - direkt térben (CCFM, ACFM) és Fourier-térben (CPS, ASM), - egypontosak (ACFM, AFM) és kétpontosak (CCFM, CPS) Optimalizálás a kísérleti körülményeknek megfelelően A módszerek érzékenységi tartományainak megállapítása Amplitúdó átviteli függvények meghatározása Alkalmazás mért jelekre, GAM-ok megtalálása (ACFM, CCFM), összevetés más diagnosztikák eredményeivel

21 Köszönöm a figyelmet!


Letölteni ppt "Sebességmérési módszerek plazma turbulenciában Bardóczi László harmadéves fizikus hallgató, BME Témavezető: Dr. Zoletnik Sándor főosztályvezető, MTA KFKI."

Hasonló előadás


Google Hirdetések