Tým vědců z ÚFP a organizace ITER provedl sadu experimentů na tokamaku COMPASS za účelem lepšího pochopení chování disrupcí plazmatu. Toto společné úsilí poskytlo první experimentální důkaz o fyzikálním limitu toku elektrických proudů mezi plazmatem a komponentami první stěny tokamaku během disrupcí.
Toto nové zjištění pomůže vědcům vylepšit počítačové simulace a poskytnout tak lepší předpověď dynamiky plazmatu a sil působících během disrupcí na komponenty první stěny v budoucím tokamaku ITER.
V tokamacích představují disrupce náhlé ztráty tepelné a magnetické energie uložené v plazmatu, ke kterým dochází při operování v blízkosti limitů stability plazmatu nebo při poruše systémů a ztrátě kontroly plazmatu. Disrupce, zejména pak na velkých zařízeních jako je tokamak ITER, mohou vést k vysokým tokům energie a mechanickým silám, které působí na vnitřní součásti komory – první stěnu. Disrupce tak může ovlivnit jejich opotřebení a celkovou životnost, nebo i způsobit jejich poškození, které by vyžadovalo výměnu. Hlavním zdrojem tohoto namáhání jsou elektrické proudy, které cirkulují mezi plazmatem a součástmi komory během fáze disrupce, kdy se proud plazmatu prudce snižuje k nule. Amplituda a celkové rozložení těchto elektrických proudů v komoře (takzvaných halo proudů) ve spojení se silnými magnetickými poli, běžně přítomných v tokamacích, určují výsledné lokální mechanické namáhání vnitřních komponent komory. Proto je detailní pochopení těchto procesů důležité pro zpřesnění predikcí pro ITER.
Fyzici z Ústavu fyziky plazmatu v Praze pracující, na tokamaku COMPASS, a z organizace ITER provedli řadu experimentů k určení halo proudů během disrupcí Výsledkem je unikátní databáze měření těchto proudů s vysokým prostorovým rozlišením.
Experimentální výsledky uvedené v nedávné publikaci prokázaly (obrázek 1), že lokální hodnota halo proudů nemůže překročit lokální hodnotu toku částic plazmatu dopadajících na komponenty první stěny tokamaku. Tento fyzikální limit, o kterém je již po desetiletí známo, že je možné jej aplikovat za běžných podmínek v chladném okrajovém plazmatu, kde siločáry magnetického pole protínají povrch materiálu, byl ale poprvé ukázán na tokamaku COMPASS i během extrémních přechodných fází disrupce a to pomocí polí elektrických senzorů známých jako Langmuirovy sondy zasazených přímo do povrchu divertoru (viz. LPA a LPB na obrázku 2).
Tento systém sond umožnil poprvé porovnat halo proudy současně s tokem plazmatu během uměle vyvolaných disrupcí. Experimenty také potvrdily předchozí zjištění, že celková hodnota halo proudů vstupujících do první stěny tokamaku je úměrná hodnotě proudu protékajícího plazmatem před disrupcí. Tato skutečnost spolu s nově zjištěným fyzikálním limitem během experimentů na COMPASS ukazuje, že celkový povrch komponent první stěny přes který prochází halo proudy se zvětšuje s rostoucím proudem plazmatu. Tím dochází k většímu rozprostření halo proudů uvnitř komory tokamaku a tím se snižuje i lokální namáhání komponent první stěny ve srovnání s případem kdy bychom tento limit neuvažovali.Pro zlepšení předpovědí chování plazmatu během disrupcí na ITERu se provádí řada komplexních simulací. Výsledky simulací disrupcí pro COMPASS již ale ukázaly, že zahrnutí nově nalezeného limitu pro halo proudy je nezbytné pro reprodukci skutečného chování plazmatu pozorovaného na samotném COMPASSu. Pro potvrzení předpovědí disrupcí pro ITER je důležité experimentálně dále zkoumat jakou roli hraje nově nalezený limit na dynamiku disrupcí i na jiných tokamacích provozovanými v rámci ITER Members' R&D a reprodukovat tyto pozorování pomocí počítačových simulací použitých pro modelování ITERu. To umožní lépe porozumět a předvídat zatížení očekávané během disrupcí na ITERu a optimalizovat jejich tlumení pomocí sofistikovaného systému vyvíjeného pro ITER.
Vice informací zde.
12. 7. 2022
