Guszejnov Dávid Fizikus BSc, 2. évfolyam Konzulens: Pokol Gergő A COMPASS tokamakra építendő atomnyaláb diagnosztika tervezésének támogatása szimulációk segítségével Guszejnov Dávid Fizikus BSc, 2. évfolyam Konzulens: Pokol Gergő

Vázlat Fúziós bevezető Atomnyalábdiagnosztika (BES, ABP) RENATE szimulációs kód Megfigyelési tartomány kijelölése RENATE validáció Az ideális detektor keresése Fűtőnyaláb hatása A COMPASS tokamakhoz végzett számítások eredményei Az eredmények alkalmazása

Fúziós bevezető, tokamak Legígéretesebb reakció A fúziós energiatermelés feltételei Coulomb-gát legyőzése Lawson-kritérium Mágneses összetartás Plazmaáram Radiális irány Toroidális irány Poloidális irány

A COMPASS tokamak COMPact ASSembly 1989-2002 Culham (UK) 2008 Prága ITER-releváns geometria Plazmaszéli effektusok tanulmányozása

Atomnyaláb-emissziós spektroszkópia BES (Beam Emission Spectroscopy) Aktív diagnosztika Működése Ionnyaláb gyorsítása Nyaláb semlegesítése és belövése Ütközéses gerjesztődés, spontán emisszió Karakterisztikus sugárzás detektálása Felhasználhatósága Plazma sűrűségprofiljának meghatározása Plazma sűrűségfluktuációk mérése

Atomnyaláb szonda ABP (Atomic Beam Probe) A BES kiegészítője Működése Atomnyaláb belövése (BES mintára) Ütközéses ionizáció Jellemző pálya Detektorral való befogás Felhasználhatósága Sűrűség és áramfluktuációk meghatározása

RENATE szimulációs kód Rate Equations for Neutral Alkali-beam TEchnique Funkciói Plazmával való reakciók rátaegyütthatóinak kiszámítása BES diagnosztika szimulátor Adott plazmaparaméterekre és mágneses geometriára Kiszámítja a fényprofilt és a detektált fotonszámokat Megkötések (optikai modul) Camera obscura modell, látóvonalak használata A megfigyelés azonos poloidális síkból történik

Fényprofilok vizsgálata Fényprofil: nyalábmenti emittált intenzitás-eloszlás Híg plazmák Sűrű plazmák

RENATE validáció A fényprofilokat számoló modul már validált (SIMULA) További modulok validációja szükséges Validáció egy a TEXTOR tokamakon végzett mérés adataival Lépései Szimuláció a mérési paraméterekre (100%-os átvitel) Az eredmények a szűrő átvitelével való korrigálása Mért adatok alapján az optikai átvitel kiszámítása TEXTOR BES optikai átvitelének becslése a tervek alapján Optikai átvitelek összehasonlítása

Validáció eredménye ~16% ~60% Szimulált optikai átvitel Becsült optikai átvitel ~16% ~60%

Lehetséges mérési elrendezések Eredeti konfiguráció BES gyors: középső port BES lassú: középső port ABP: szélső port Újabb elrendezés Másik toroidális pozíció BES gyors: szélső port

Átlagosan detektált fotonszámok és a hozzájuk tartozó zaj/jel aránya 4% 0,2% Forrás: D. Dunai, S. Zoletnik, J. Sárközi: Avalanche Photodiode based Detector for Beam Emission Spectroscopy, Review of Scientific Instruments, to be published

Probléma a szélső porttal Szélső port előnyei Több begyűjtött fény Jobb optikai átvitel Könnyebb hozzáférhetőség Probléma A plazma fűtőnyalábja ütközik a diagnosztikai nyalábbal Okozott hiba becsülhető a RENATE segítségével Becslés feltétele Az atomos H hatáskeresztmetszetei nem térnek el lényegesen a szabad protonétól és elektronétól

Kritikus sűrűségek A fűtőnyaláb hatása modellezhető úgy, mintha a plazma sűrűbb lenne Kritikus sűrűség : a fűtőnyalábot reprezentáló sűrűségnövekedés Központi sűrűség Átjutási faktor Kritikus sűrűség 5.1019 /m3 3% 1,46.1015 /m3 3.1019 /m3 12% 5,85.1015 /m3

A fűtőnyalábbal való ütközés csak elhanyagolható hibát okoz. Fűtőnyaláb hatása ~4% maximális eltérés A fűtőnyalábbal való ütközés csak elhanyagolható hibát okoz.

A COMPASS tokamakhoz végzett számítások eredményei Megfigyelési tartomány: első 20 cm Detektorok száma: 20 db Ideális detektortípus: APD (zaj/jel: 0,002-0,04) A fűtőnyalábbal való ütközés által okozott hiba elhanyagolható A megfigyelőrendszert érdemes áthelyezni

Az eredmények alkalmazása Előrelépések A COMPASS BES diagnosztika megfigyelési tartománya az első 20 cm A gyors mintavételezésű megfigyeléshez APD detektorokat fognak használni Az APD a szélső portba került, egyelőre az ABP-vel felváltva fog üzemelni

Köszönetnyilvánítás Pokol Gergő Anda Gábor Petravich Gábor Réfy Dániel COMPASS adatok Petravich Gábor TEXTOR BES tervek, adatok Réfy Dániel Validáció mérési paraméterek Dunai Dániel TEXTOR mérési adatok

Köszönöm a figyelmet!