Ústav fyziky plazmatu › Organizační struktura › Sekce Fúzní plazma › Tokamak COMPASS

Magnetická diagnostika

Měřené veličiny:	Proudová hustota, celkový proud plazmatem, poloha plazmatu, tvar plazmatu, vodivost plazmatu, celková energie plazmatu, MHD nestability
Prostorové rozlišení:	~< 2 mm pro rekonstrukci polohy plazmatu ~< 5 mm MHD nestability, tvar plazmatu a rozložení proudové hustoty plazmatu
Časové rozlišení:	< 10 µs
Odpovědné osoby:	J. Havlíček, O. Hronová
Spolupráce:	Culham Centre for Fusion Energy, Abingdon, United Kingdom Consorcio RFX, Padova, Italy

Popis diagnostiky:

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 J_T(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) = RB_TOR.

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).

Magnetická diagnostika

Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i.