Diagnostyka rentgenowska dla oddziaływania plazmy ze ścianą w JET seminarium instytutowe do użytku wewnętrznego Marcin Rosiński & Agata Czarnecka Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

DIAGNOSTYKA RENTGENOWSKA na JET Tomografia Spektroskopia Wprowadzenie WPROWADZENIE RYS HISTORYCZNY DIAGNOSTYKA RENTGENOWSKA na JET Tomografia Spektroskopia ODDZIAŁOWANIE PLAZMY ze ŚCIANĄ Materiały pierwszej ściany Diagnostyka materiałowa PODSUMOWANIE Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Miejsce budowy – Culham, UK Rok 1979 Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

części torusa tokamaka JET Waga ok. 150 ton Budowa Torusa Rok 1982 Jedna z ośmiu części torusa tokamaka JET Waga ok. 150 ton Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Wnętrze JETa rok 1983 Limiter Okno diagnostyczne Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Schemat tokamaka JET Promień torusa: 3.1 m Wielkość torusa: 3.96×2.4 m Objętość plazmy: 80÷100 m3 Natężenie pola elektrycznego: do 6 MA Natężenie pola magnetycznego: do 4 Tesli Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Wnętrze JETa 20 lat później Mechaniczne ramię Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Schemat rozmieszczenia diagnostyk na JET Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Zestawienie diagnostyk na JET diagnostyka rentgenowska diagnostyka optyczna Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

DIAGNOSTYKA RENTGENOWSKA na JET Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Diagnostyka rentgenowska na JET KJ3,4- Kompaktowa kamera mierząca miękkie promieniowanie rentgenowskie „soft x-ray” z centrum torusa, obrazuje kształt i ruch plazmy KJ5- Kamera rentgenowska kompatybilna z D-T. Dostarcza informacji o gorącym rdzeniu plazmy KS6- Spektroskopia promieniowania X KX1,2- Mierzy temperaturę jonów i koncentracje Ni wewnątrz rdzenia plazmy używając „X-ray crystal spectrometers” KH2- Mierzy spektrum promieniowania X w zakresie od 2 do 30 keV i dostarcza informacji o Te i o zanieczyszczeniach Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Tomografia w zakresie miękkiego promieniowanie X („SXR”) na JET start diagnostyki w roku 1995 11 mini diod rentgenowskich rozmieszczonych wzdłuż jednego przekroju torusa plazmowego 10 kamer po 18 kanałów pogrupowano w pary dla pełnego zobrazowania przekroju plazmy „11” pionowa kamera posiada 35 kanałów i swoją parę w innej płaszczyźnie dla lepszego zobrazowania asymetrii toroidalnej Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Zastosowanie filtrów berylowych w tomografii na JET typowy sygnał ze wszystkich kamer używa się filtry berylowe o grubości 250 m i progu 2 keV próg czułości detektora zaczyna się od 8 kev Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Obraz tomograficzny po zastrzyku z Ni – „H mode” tomograficzna rekonstrukcja sygnału z kamer rentgenowskich w funkcji czasu po zastrzyku z niklu półksiężycowaty kształt spowodowany dużą toroidalną siłą odśrodkową wirującej plazmy - konfiguracja JET w H mode (wyładowanie nr. 34476) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Przykładowe parametry wyładowania w tokamaku JET – 2 typy porównanie dwóch trybów pracy takamaka JET H mode „Optimized mode” Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Obraz tomograficzny po zastrzyku z Ni – „optimized mode” tomograficzna rekonstrukcja sygnału z kamer rentgenowskich w funkcji czasu po zastrzyku z niklu konfiguracja JET w „optimized mode” (wyładowanie nr. 38441) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Inne parametry wyładowania na JET – 2 typy konfiguracja JET w H mode (wyładowanie nr. 34476) konfiguracja JET w „optimized mode” (wyładowanie nr. 38441) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Schemat układu KS6: „X-Ray, VUV and Visible Spectrometers” układ pomiarowy niezbędny dla diagnostyki plazmy oddalony od torusa dla zapewnienia lepszych parametrów diagnostycznych specjalny układ pompowy do pracy z trytem zintegrowana diagnostyka dla różnych długości fali (0.1 1000 nm) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Schemat układu optycznego spektrometru zastosowanie specjalnych sferycznych, złotych luster lustra kierunkowe zamontowano na stolikach piezo-elektrycznych lustra pokryte warstwą ochronną z MgF2 zamontowano układ odprowadzania trytu minimalizujący jego zatrzymanie wewnątrz porównanie sygnałów „real-time” (opóźnienie 1 ms) „post pulse” (opoźnienie 11ms) dla sygnału VUV Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Przykład sygnału „VUV spectrometer” zakres spektrum 10100 nm detektor typu „micro-channel electron multiplier with phosphor” złożony ze światłowodem i 2048 elemetową foto-diodą sygnał „real-time” używany na bieżąco przez system JET do kontroli wyładowania Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Przykład sygnału „X-ray spectrometer” zakres spektrum 0.110 nm do pomiaru spektrum używa się kryształów i wielowarstwowych luster sygnał „real-time” o rozdzielczości czasowej 50 ms Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Przykład sygnału „Visible spectrometer” oddalony kanał wizyjny o 20m dla lepszej kalibracji krótkich długości fali zmniejszono błędy systematyczne spowodowane lokalną emisją i jonizacją Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

ODDZIAŁYWANIE PLAZMY ze ŚCIANĄ Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Materiały wykorzystywane do konstrukcji tokamaków Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Plasma Facing Components dla ITER-a Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Czynniki wpływające na wybór Plasma-Facing Materials Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Plasma-Facing Materials dla ITER-a Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

„The ITER- like Wall Project” Strategia dla ITER-a 700 m2 - Berylu 100 m2 - Wolframu 50 m2 - Węgla Założenia dla JET-a usunięcie płytek węglowych z komory JET-a wyczyszczenie ścian komory z co-depozytu węglowego zainstalowanie płytek pokrytych Be w obszarze limitera zainstalowanie płytek W i C w obszarze diwertora Oczekiwana przebudowa JET-a ma nastąpić przed 2011 r. Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Beryl Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Wolfram Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Carbon-Fibre Composities (CFCs) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Diagnostyki optyczne do badania Be i W na JET Spektroskopia w zakresie światła widzialnego dla Be i W Spektroskopia CX dla Be Spektroskopia VUV/XUV dla Be i W Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia w zakresie Vis – Be i W KS3: Visible spectroscopy rozdzielczość przestrzenna 30 mm pozwala wyznaczyć intensywność linii spektralnych KT3D: Mirror Link Divertor Spectroscopy rozdzielczość czasowa Δt=100ms rozdzielczość przestrzenna 13 mm pozwala wyznaczyć intensywność linii spektralnych, kształt linii, Ne, Te, Div Ti KT6D: Periscope visible spectroscopy rozdzielczość czasowa Δt=50ms Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia w zakresie Vis – Be i W Obserwacja linii Be I i Be II. np.: Be I - 4573 Å, 4408 Å Be II – 5271 Å, 4361 Å Wszystkie trzy systemy mogą widzieć linie Be oprócz standardowych linii pochodzących od zanieczyszczeń takich jak C, O, N, Ne, Ar itd. W Na ASDEX zidentyfikowano linię 4008 Å jako najbardziej widoczną w widmie W. Linie W I i W II przypadają na krótsze długości fal. Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia Vis – CX dla Be KS4 Charge Exchange recombination Spectroscopy rozdzielczość czasowa Δt = 10-50 ms KS5 Charge Exchange recombination Spectroscopy rozdzielczość radialna Δr ~ 5-7cm rozdzielczość czasowa Δt = 50 ms pozwalją wyznaczyć Ti, gęstość zanieczyszczeń (nBe) Rozdzielczość Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia Vis – CX dla Be Obserwowane linie: Be IV - 4658 Å Be II - 4673 Å Be IV - 4685 Å Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia VUV/XUV Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

KT1 KT1: 3 VUV spectrometers dwa poziome systemy o rozdzielczości czasowej 50 ms pionowy system o rozdzielczości czasowej 25 ms zbieranie widma w zakresie ~ 100 - 1600 Å pozwala wyznaczyć intensywność linii spektralnych Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

KT4 KT4: VUV spectroscopy poziomy system o rozdzielczości czasowej 11 ms zbieranie widma w zakresie 10 - 340 Å pozwala wyznaczyć intensywność linii spektralnych Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

KT7D KT7D: Divertor VUV Spectroscopy pionowy system o rozdzielczości czasowej 11 ms zbieranie widma w zakresie 140 - 440 Å i 180 - 1490 Å Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia VUV/XUV - Be Uzyskanie widma Be w regionie XUV ~ 60 - 100 Å Dwie główne linie Be Be III - 100.26 Å Be IV - 75.93 Å Możliwość wyznaczenia lokalnej Te ze stosunku linii Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia VUV/XUV - W Widmo W w regionie od VUV do X-ray uzyskane na ASDEX Obserwowana jest duża emisja w obszarze VUV ~ 100 - 280 Å Następuje nakładanie się linii pochodzących od zanieczyszczeń (Fe, Ni, Cr, Cu) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Spektroskopia VUV/XUV - W Linie spektralne i quasi-kontinuum obserwowane w regionie XUV ~ 45 - 75 Å na ASDEX Możliwość identyfikacji linii w szerokim zakresie temperatur Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

„JET carbon screening experiments.” - wprowadzenie Na JET przeprowadzono eksperyment, który miał na celu ocenę ilościową zanieczyszczeń węglowych pochodzącego z różnych części tokamaka. Główne procesy związane z zanieczyszczeniami w reaktorze uwalnianie zanieczyszczeń z powierzchni materiałów budujących reaktor jonizacja części uwolnionych zanieczyszczeń w SOL dyfuzja zanieczyszczeń do rdzenia plazmy lub w kierunku materiałów powierzchni (np.. diwertor na JET) Zanieczyszczenia te są odpowiedzialne za: skład jonowy paliwa w reaktorze moc syntezy termojądrowej co-depozycję i erozję materiałów budujących reaktor Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

„JET carbon screening experiments.” Wprowadzenie CH4 w region limitera i diwertora w celu wyjaśnienia przepływu zanieczyszczeń węglowych przez warstwę SOL do rdzenia plazmy Jonizacja CH4 w SOL. Wykorzystanie diagnostyk CX do ilościowej oceny domieszek węglowych w paliwie jądrowym Wyznaczenie węglowego współczynnika paliwowego Im więcej domieszek węglowych dociera do rdzenia, tym gorsze jest obrazowanie plazmy. Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

„JET carbon screening experiments.” CX obliczenia oparte były na intensywności linii C IV n = 8-7 VB obliczenia oparte były na intensywności spektralnego kontinuum przy długości fali 523.5 ± 0.5 nm Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Rezultaty L – Mode H – Mode Mniej zanieczyszczeń przy wprowadzeniu CH4 z diwertora niż z limitera. 3 - 20 razy mniej zanieczyszczeń z obszaru diwertora niż limitera. Mniej zanieczyszczeń z zewnętrznej nogi diwertora niż z wewnętrznej. Mniej zanieczyszczeń z „SOL divertor region” niż z „private divertor region” Mniej zanieczyszczeń dla większej gęstości , dłuższego czasu utrzymywania plazmy, mniejszej mocy, niższej SOL temperatury. H – Mode 1.5 - 2 razy więcej zanieczyszczeń niż dla L-Mode w obszarze limitera, podobnie dla „private divertor region” i zew. SOL. Powyżej mocy 3 MW zanieczyszczenia pochodzą z diwertora. W przyszłości taki eksperyment zostanie przeprowadzony na JET dla Be i W. Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Diagnostyki X-ray stosowane na JET. Podsumowanie Historia budowy JET-a. Diagnostyki X-ray stosowane na JET. Dobór „Plasma Fasing Materials” do budowy ITER-a Diagnostyki optyczne do badania Be i W na JET. w zakresie Vis oraz VUV/XUV Omówienie eksperymentu badającego wpływ zanieczyszczeń na plazmę. Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

Dziękujemy za uwagę ! Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005