NCBiR zadania badawcze IFPiLM. Marek Scholz

Transkrypt

1 NCBiR zadania badawcze IFPiLM Marek Scholz

2 Wstęp Warunki utrzymania plazmy: R dt n d n t dt v r ilośl reakcji m s R dt 3 n 5 14 cm s T ~ 10 kev D T 4 He(3,5 MeV) n(14.1 MeV)

3 R dt P A br n d n t n br A br v dt r 5 10 n n e 1,6 10 i Z T 14 cm kt 3 m J ~ 10 kev s ev s Warunki w jakich zachodzi: Wstęp Wysoka temperatura Odpowiednia gęstość paliwa Wysoki stopień czystości paliwa Odpowiedni czas utrzymania Dostateczna produkcja energii w czasie

4 Cel szczegółowy 1 Badania oddziaływania intensywnych strumieni plazmy z pierwszą ścianą i płytą divertora reaktora t-j w warunkach występowania impulsowej depozycji ciepła (tzw. Disruption oraz Edge Localized Mode). Koordynator: dr inż. Marek Scholz, IFPiLM Etap 1.1. Badanie fizyki oddziaływania impulsowych strumieni plazmy z tarczami wykonanymi z W/CFC/SS pod kątem weryfikacji modeli numerycznych opisujących konwersję energii strumienia plazmy w energię promieniowania, w warstwie plazmy uwalnianej z tarczy, depozycję tej energii na tarczy oraz spowodowaną tym zjawiskiem erozję materiału tarczy. Koordynator: dr Monika Kubkowska, IFPiLM Etap 1.2. Opracowanie modelu matematyczno-fizycznego opisującego oddziaływanie impulsowych strumieni plazmy z tarczami oraz przeprowadzenie obliczeń dla eksperymentów wykonanych w Etapie 1.1. Koordynator: dr hab. inż. Roman Zagórski, IFPiLM

5 Cel szczegółowy 1 Badania oddziaływania intensywnych strumieni plazmy z pierwszą ścianą i płytą divertora reaktora t-j w warunkach występowania impulsowej depozycji ciepła (tzw. Disruption oraz Edge Localized Mode). Etap 1.2. Cele eksperymentu: Odtworzenie obciążeń cieplnych plazmy typowych dla disruption i ELM w ITER Określenie cech charakterystycznych oddziaływania plazma ścianka t.j. ekranowania, topienia, parowania i erozji materiału ścianki Testowanie materiałów divertora impulsowymi strumieniami plazmy o parametrach takich jak w disruption czy ELM Dostarczanie danych eksperymentalnych dla uzasadnienia modelu opisującego oddziaływanie plazma - ścianka Disruption: Obciążenie cieplne ma max Q = (10-100) MJ/m 2 t= 1 10 ms Type I ELM: ν= Hz Q=1-3MJ/m 2 t=0.1-1ms

6 Obciążenia ścianek w ITER

7 Diagnostyki Elektrotechniczne parametery akceleratora: Pas Rogowskiego; dzielniki napięć; sondy magnetyczne Parametery plazmy: Prędkość TOF strumienia plazmy pomiędzy sondami magnetycznymi lub fotodiodami; Kamera smugowa; Przesunięcie doplerowskie linii widmowych wodoru

8 Diagnostyki Parametery plazmy: Gęstość elektronowa (profil gęstości) Poszerzenie starkowskie linii H α and H β ; Interferometr Mach-Zehnder Gęstość mocy Obliczenia na podstawie gęstości i prędkości plazmy Temperatura elektronowa Stosunek intensywności linii widmowych; Bremsstrahlung kontinuum.

9 Parametery plazmy: Temperatura jonowa Poszerzenie doplerowskie linii widmowych Energia Kalorymetry Ciśnienie Widmo energetyczne jonów Detektory piezoelektryczne Analiztory Kontrola domieszek w plazmie Spectroskopia; kolektory jonów

10 Cel szczegółowy 1 Badania oddziaływania intensywnych strumieni plazmy z pierwszą ścianą i płytą divertora reaktora t-j w warunkach występowania impulsowej depozycji ciepła (tzw. Disruption oraz Edge Localized Mode). Etap 1.2. Model matematyczno-fizyczny

11 Cel szczegółowy 2 Opracowanie nowych metod dla diagnostyki plazmy w ekstremalnych warunkach reaktora t-j, w tym w szczególności diagnostyki produktów syntezy termojądrowej (neutronów i cząstek alfa) oraz monitorowania zanieczyszczeń plazmy, uwalnianych ze ścian reaktora (berylu, węgla, tlenu i wolframu). Koordynator: Prof. Marek Sadowski, NCBJ Etap 2.3. Opracowanie technologii obrazowania plazmy w zakresie prom. rentg. na potrzeby diagnostyki monitorowania zanieczyszczeń uwalnianych ze ścian reaktora t-j. Koordynator: dr Jacek Rzadkiewicz, IFPiLM Cel szczegółowy 3 Budowa lub doposażenie stanowisk pomiarowych do realizacji celów 1 i 2 Koordynator: dr hab. inż. Lesław Karpiński, IFPiLM Etap 3.1. Adaptacja układu PF-1000 do realizacji celu szczegółowego 1. Koordynator: dr hab. inż. Lesław Karpiński, IFPiLM

12 Motivation Detekcja miękkiego promieniowania X: koncentracja domieszek temperatur jonów toroidalna prędkość rotacji plazmy Transport domieszek

13 Detection concept detektor gazowy (100 x 100 mm 2 ) T-GEM h 70 m 140 m F. Sauli et al Nucl. Instr. and Meth. A 505 (2003) 195

14 Cel 1, Etap 1.1. Badanie fizyki oddziaływania impulsowych strumieni plazmy z tarczami wykonanymi z W/CFC/SS pod kątem weryfikacji modeli numerycznych opisujących konwersję energii strumienia plazmy w energię promieniowania, w warstwie plazmy uwalnianej z tarczy, depozycję tej energii na tarczy oraz spowodowaną tym zjawiskiem erozję materiału tarczy. Projekt systemu diagnostyk do pomiarów parametrów plazmy powstającej przy powierzchni tarcz z różnych materiałów. Projekt tarcz z wolframu i z węgla dla potrzeb eksperymentu. Wykonanie i adaptacja systemu diagnostyk do pomiarów parametrów plazmy powstającej przy powierzchni tarcz z różnych materiałów. Interferometria, spektroskopia widzialna i rentgenowska, system detektorów do rejestracji miękkiego prom. X. Wykonanie tarcz z wolframu i z węgla dla potrzeb eksperymentu. Sesja eksperymentalna 1 Pomiary parametrów strumienia plazmy emitowanego z układu DPF 1000U w miejscu mocowania tarczy, w zależności od ciśnienia gazu roboczego i energii generatora. Analiza i opracowanie wyników sesji eksp. 1. Sesja eksperymentalna 2 Badanie czasowo przestrzennych parametrów plazmy i jej widma promieniowania, przy powierzchni tarczy węglowej poddanej działaniu impulsowego strumienia plazmy dla ustalonych warunków pracy układu DPF 1000U. Analiza i opracowanie wyników sesji eksp. 2. Sesja eksperymentalna 3 Badanie czasowo przestrzennych parametrów plazmy i jej widma promieniowania, przy powierzchni tarczy wolframowej poddanej działaniu impulsowego strumienia plazmy dla ustalonych warunków pracy DPF 1000U. Analiza i opracowanie wyników sesji eksp. 3. Dyskusja wyników eksper. dla różnych tarcz, porównanie z modelem numerycznym, sformułowanie wniosków końcowych, podsumowanie, publikacje.

15 Cel 1, Etap 1.2. Opracowanie modelu matematyczno fizycznego opisującego oddziaływanie impulsowych strumieni plazmy z tarczami oraz przeprowadzenie obliczeń dla eksperymentów wykonanych w Etapie 1.1. Określenie wyjściowych parametrów fizycznych eksperymentu : parametry plazmy deuterowej ( prędkość, gęstość, rozmiary i czas trwania ), masa odparowanego materiału, wielkość i kierunek zewnętrznego pola magnetycznego. Przyjęcie geometrii i modelu fizycznego. Szczegółowe rozpisanie równań, określenie warunków brzegowych i członów źródłowych w równaniach. Dobranie metody numerycznej oraz określenie rozmiaru siatki i kroku czasowego. Wyniki testów procedury dla rozwiązywania równań kinetyki jonizacji. Sprawdzenie modeli opisujących straty radiacyjne i określenie warunków ich stosowalności.

16 Cel 2, Etap 2.3. Opracowanie technologii obrazowania plazmy w zakresie promieniowania rentgenowskiego na potrzeby diagnostyki monitorowania zanieczyszczeń uwalnianych ze ścian reaktora termojądrowego. Przygotowanie koncepcji modelowej technologii obrazowania struktur plazmowych 2D. Przygotowanie koncepcji, oraz skonstruowanie modelowego detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Wykonanie pomiarów testowych skonstruowanym detektorem Analiza otrzymanych wyników i optymalizacja parametrów modelowego detektora. Przygotowanie projektu technologii i konstrukcja detektora do obrazowania 2D w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Weryfikacja parametrów pracy detektora oraz przygotowanie dokumentacji. Prezentacja wyników i detektora do obrazowania struktur plazmowych 2D.

17 Cel 3, Etap 3.1. Adaptacja układu PF 1000 do realizacji celu szczegółowego 1. Projekt zmodyfikowanego systemu generatora prądowego do wytwarzania i akceleracji plazmy. Projekt systemu elektrod. Wykonanie i uruchomienie systemu generatora prądowego do wytwarzania i akceleracji plazmy oraz elektrod. Projekt wykonanie i uruchomienie systemu iniekcji gazu roboczego. Projekt wykonanie i uruchomienie systemy mocowania tarczy.