Ústav fyziky plazmatu › Organizační struktura › Sekce Fúzní plazma › Tokamak COMPASS › Diagnostiky › Magnetická diagnostika
Magnetická diagnostika
| Měřené veličiny: |
Proudová hustota, celkový proud plazmatem, poloha plazmatu, tvar plazmatu, vodivost plazmatu, |
| Prostorové rozlišení: |
~< 2 mm pro rekonstrukci polohy plazmatu ~< 5 mm MHD nestability, tvar plazmatu a rozložení proudové hustoty plazmatu |
| Časové rozlišení: |
&llt; 10 µs |
| Odpovědné osoby: | |
| Spolupráce: |
Culham Centre for Fusion Energy, Abingdon, United Kingdom |
V tokamacích se vyskytují různé zdroje magnetického pole: proudy v cívkách tokamaku vytvářené napájecími zdroji, proudy tekoucí ve vakuové komoře, generované indukovaným napětím, a proud plazmatem. Všechny tyto proudy vyvolávají magnetická pole v poloidálním a toroidálním směru uvnitř tokamaku. Magnetická diagnostika umožňuje měření těchto polí a následné určení proudové hustoty v plazmatu, celkového proudu plazmatem, polohy sloupce plazmatu a jeho tvaru, vodivosti plazmatu, celkové energie obsažené v plazmatu a získání informací o magnetohydrodynamických (MHD) nestabilitách. Tokamak COMPASS je vybaven více než 400 magnetickými diagnostickými cívkami pokrývajícími vakuovou komoru v poloidálním i toroidálním směru (Obr. 1, Tab. 1) a umožňujícími měření výše uvedených veličin.
Magnetická měření jsou rovněž využívána jako okrajové podmínky pro toroidální proudovou hustotu JT(R,Z) a pro funkci poloidálního magnetického toku Ψ(R,Z) při rekonstrukci rovnováhy plazmatu (tj. výpočetu polohy magnetických povrchů) na základě řešení Grad-Shafranovovy rovnice:
kde je Δ* - elliptický operator, μ0 - magnetická permeabilita, R - velký poloměr, p – tlak plazmatu a F (Ψ) = RBTOR.
Cílem je získat řešení, které je konzistentní s experimentálními magnetickými signály. Mapování magnetických povrchů na celý průřez sloupce plazmatu lze poté doplnit s použitím numerických kódů jako je například EFIT. EFIT řeší problém MHD rovnovávy s pomocí měření vnějších magnetických polí a s pomocí měření rozložení proudové hustoty plazmatu. Výsledkem EFITu je magnetický popis plazmatu, který zahrnuje rozložení proudové hustoty plazmatu a magnetických povrchů.
Obr. 1: Magnetická diagnostika na tokamaku COMPASS – pohled shora.
|
Název cívky |
Vnější nebo vnitřní umístění vzhledem ke komoře |
Počet cívek |
Účel měření |
|
toroidální cívky (Full toroidal loops - flux loops) |
vnější |
8 |
napětí na závit a poloidální magnetický tok (řízení v reálném čase a vstup do EFITu) |
|
sedlové cívky (Saddle loops) |
vnější |
22x4 and 2x8 |
rozdíl v poloidálním magnetickém toku (řízení v reálném čase a vstup do EFITu ) |
|
vzdálené cívky (Remote loops) |
vnější |
5 |
napětí na závit a poloidální magnetický tok |
|
diamagnetické cívky (Diamagnetic loops) |
vnitřní |
2 |
příčné beta |
|
diamagnetické kompenzační cívky (Diamagnetic compensation loops) |
vnitřní |
2 |
toroidální pole |
|
FCA cívky |
vnější |
16x3 |
horizontální, vertikální a toroidální magnetické pole |
|
diskrétní Mirnovovy cívky (Discrete Mirnov coils) |
vnitřní |
3x24x3 |
lokální poloidální, radiální a toroidální magnetické pole |
|
cívky pro měření n-módu (High n coils) |
vnitřní |
4 |
n mód MHD nestabilit |
|
divertorové Mirnovovy cívky (Divertor Mirnov coils) |
vnitřní |
2x8 |
cívky zabudované v divertorových deskách (studium nestabilit typu ELM ) |
|
vnitřní parciální Rogowského cívky (Internal Partial Rogowski coils) |
vnitřní |
16 |
lokální magnetické pole rovnoběžné z vakuovou nádobou (rozdělení polidální proudové hustoty, řízení v reálném čase a rekonstrukce EFITem) |
|
vnější parciální Rogowského cívky (External Partial Rogowski coils) |
vnější |
16 |
lokální magnetické pole rovnoběžné z vakuovou nádobou |
|
Rogowského cívky (Full Rogowski coils) |
1 vnější a 1 vnitřní |
2 |
proud plazmatem a vakuovou komorou |
Tabulka 1: Popis magnetické diagnostiky na tokamaku COMPASS
Obr. 2: Příklad mapování magnetických povrchů pomocí kódu EFIT (tokamak COMPASS-D, UKAEA, Culham, výstřel 30866).
