Čtvrtek, 24 září
Shadow

Mikrovlnný boj s nestabilitami v plazmatu

Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) a spolupracující organizace nyní usilovně vyvíjí systém, který má potlačit nestability způsobující degradaci fúzního plazmatu v tokamacích. PPPL postavil a nainstaloval takové zařízení na tokamak DIII-D, který v San Diegu provozuje společnost General Atomics pro americké Ministerstvo energetiky, a na jihokorejský reaktor KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research). Teď přišel čas na úpravu designu tohoto zařízení na tokamaku KSTAR, tak aby bylo schopné operovat i během velmi dlouhých výbojů. Potlačení tohoto druhu nestabilit bude pro moderní zařízení a především pro ITER zásadní.

Numerická simulace plazmatu v tokamaku se zřejmými magnetickými ostrovy po obvodu. Zdro: IOPscience
Numerická simulace plazmatu v tokamaku se zřejmými magnetickými ostrovy po obvodu. Zdro: IOPscience

Systém vyvinutý na DIII-D a nainstalovaný na KSTAR směřuje vysokoenergetické svazky s frekvencí v mikrovlnném oboru na nestability zvané magnetické ostrovy* a vytvoří elektrický proud, který tyto izolované ostrovy opět spojí se zbytkem plazmatu. Proces stabilizace plazmatu spojuje elektronicky kontrolovaná směrovací zrcadla s detektory a vytváří tak systém zpětné vazby, který dokáže detekovat a potlačit ostrovy v řádu milisekund. „Funguje to jako skalpel, kterým vyjmeme nepohodlný ostrov,“ říká fyzik Raffi Nazikian, šéf spolupráce princetonské laboratoře s DIII-D.

Prohlídka jednotky pracující na KSTAR po několika letech provozu ukazuje na nutnost přidat vodní chlazení zrcadel, aby byly tyto prvky, přes které proudí velký výkon záření, chráněny před přehřátím a poškozením. Supravodivé magnety tohoto tokamaku, dokážou udržet plazma po dobu až 300 sekund při teplotě o dost větší než je 15 milionové vedro v nitru Slunce. „Jakmile mikrovlnná stabilizace pracuje více než 10 vteřin, potřebujete odebrat energii pohlcenou v zrcadlech kvůli nedokonalému odrazu,“ upřesňuje inženýr PPPL Robert Ellis, který navrhl měděná zrcadla a zrcadla z kombinace mědi a oceli pro směrování mikrovln.

Ellis byl součástí týmu fyziků a inženýrů, který úzce spolupracoval se svými partnery z General Atomics na návrhu původního systému pro DIII-D. Jiný fyzik, Egemen Kolemen, expert na fyziku plazmatu, naprogramoval velkou část softwaru, který natáčí zrcadla a zaměřuje mikrovlnné paprsky na jejich cíl. Inženýr Alexander Nagy se o chod zařízení staral přímo na tokamaku v San Diegu.

Mikrovlnné paprsky umí nejen potlačit nestability, ale také umožňují simulovat způsob, jakým budou plazma zahřívat fúzní alfa částice v tak velkém množství, v jakém budou vznikat v ITER. Zatímco ostatní metody ohřívají především ionty (i když skutečnost je poněkud složitější), mikrovlny o vyšší frekvenci použité zde ohřívají elektrony (tzn. zrychlují jejich pohyb kolem magnetických silokřivek). „Mikrovlnným ohřevem elektronů můžeme simulovat, jakým způsobem bude plazma ohříváno v tokamaku ITER,“ dodává Nazikian.

Nově upravené zařízení na tokamaku KSTAR rozšíří tyto experimenty na dlouhé výboje. Přidání vodního chlazení by mělo být dokončeno ještě letos.

Zdroj: ITER

 

*Magnetické ostrovy jsou běžným jevem v plazmatu tokamaků i ve vesmíru. Difuzní procesy vedou k přespojování magnetických silokřivek a vytvoření tzv. X bodů (zde se silokřivky „kříží“ – nachází se tam oblast s nulovým polem) a O bodů (kolem nich se silokřivky uzavírají do kruhu). Vznikají tak oblasti, které nekomunikují se zbytkem plazmatu, mohou růst a spojovat se do větších celků a nakonec se rozpadnout při uvolnění velkého množství energie. Takové struktury jsou samozřejmě v zařízení, které se snaží o kontinuální a pokud možno stabilní provoz, nepřípustné.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..