Zpětnovazební řízení polohy plazmatu v tokamaku Ondřej Kudláček Mariánská 2010

O čem to bude? Posuvy proudového prstence v komoře Kalibrace měřících magnetických cívek Určování polohy plazmatu na základě signálu z měřících cívek

I.:Úvod V průběhu výboje posuvy plazmatu z centra komory Nevyhnutelná součást provozu tokamaku Některé mohou vést až k disrupci Dělíme na posuvy ve vertikálním a radiálním směru

Tvarování plazmatu Elongované plazma- lepší udržení Protahování plazmatu pomocí kvadrupólového pole Vertikální směr nestabilní(tzv. VDE) Radiální směr OK

Radiální směr Pohyby- jen posuvy rovnovážné polohy, NE nestabilita Dáno především změnami teploty Pomalé- na COMPASS-D 10 ms

Vertikální směr Velmi rychlá nestabilita- COMPASS-D stovky ηs Rychlé nestability tlumeny vodivou stěnou Pomalejší nestihne stěna zatlumit V případě nezvládnutí disrupce Tokamaky s kruhovým průřezem OK

Důsledky nezvládnutí vertikální nestability 1 Únik plazmatu vede ke kontaktu s komorou Vznik vodivé smyčky komorou a magnetickým povrchem V komoře proud v toroidálním a poloidálním směru

Důsledky nezvládnutí vertikální nestability 2 Poloidální proud- interakce s toroidálním magnetickým polem Mechanické poškození komory Proud až do 45% proudu plazmatem před disrupcí ITER(15 MA, 6 T) síla 40 MN

Princip činnosti zpětnovazebních systémů Proudy se stejným směrem-přitahování Opačný směr- odpuzování Obr: plazma uniká vlevo=> musíme tlačit doprava

Zpětnovazební systém Cívky poloidálního pole Rychlé zdroje proudu pro cívky Řídící PC Měřící cívky pro získání informace o poloze plazmatu

Realizace silových cívek na COMPASS-D Vertikální pole P2 a P5 Radiální pole P3 a P4

II.:Kalibrace měřících cívek Na COMPASS-D řada měřících cívek Je třeba kalibrovat Známe proud určitým poloidálním vinutím Magnetické pole numericky z Biot- Savartova zákona

Problém tloušťky vodiče BS zákon pro vodič zanedbatelné tloušťky COMPASS-D rozměr vodiče 8x18 mm Nejbližší měřící cívky cca 5 cm Analýza chyby a zpřesnění výpočtu

Zpřesnění výpočtu Poloidální vinutí rozdělit na určitý počet částí Proud rovnoměrné rozložení ve vodiči Čím více částí, tím pomalejší výpočet (až hodiny) Najít optimální poměr rychlosti a přesnosti

Analýza chyby 1 “superpřesný” výpočet- rozdělení na dílů a výpočet s chladícím kanálkem Dále dílů, 100 dílů a 1 díl Odchylka vůči superpřesnému výpočtu

Příklad výsledku

III:Určování polohy plazmatu

Proč? Proud do silových cívek podle polohy plazmatu Nelze počítat v reálném čase- pomalé Musí se vybrat vhodné cívky pro měření posunů v jednotlivých směrech

Vhodné magnetické diagnostiky Mirnovovy cívky Rozdělená Rogowského cívka Flux loop

Princip výpočtu 1 FL v obvodu s kondenzátorem a odporem Kondenzátor integruje signál z FL: Měřené napětí na kondenzátoru je úměrné poloze plazmatu

Princip výpočtu 2 Plazma rozdělíme na tenké vodiče Proudové rozdělení L numericky Možno měnit peaking, elongace Konfigurace divertor,limiter Pro polohy plazmatu v okolí centra komory Posuvy centra o 1 mm

Příklad 1

Příklad 2

Jak určit polohu plazmatu

Co je hotovo? Výpočet pro 8 FL Hodnoty elongace 1, 1,5 a 2 Peaking faktor 2 a 3 Divertor, limiter Celkem 96 výpočtů

Co bude dál? Vybrat vhodné měřící cívky pro měření posuvů v R a Z Možno i kombinace, např. součet nebo rozdíl signálů Vybrat to nejlepší, i kombinace různých druhů- vysoká citlivost, malá závislost na parametrech Funkční systém zpětnovazebního řízení polohy

Děkuji za pozornost