Diagnostyka rentgenowska dla oddziaływania plazmy ze ścianą w JET

Prezentacja na temat: "Diagnostyka rentgenowska dla oddziaływania plazmy ze ścianą w JET"— Zapis prezentacji:

1 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

2 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

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

4 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

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

6 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

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

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

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

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

11 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

12 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

13 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

14 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 ) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

15 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

16 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 ) Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

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

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

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

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

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

28 „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

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

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

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

32 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

33 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

34 Spektroskopia w zakresie Vis – Be i W
Obserwacja linii Be I i Be II. np.: Be I 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

35 Spektroskopia Vis – CX dla Be
KS4 Charge Exchange recombination Spectroscopy rozdzielczość czasowa Δt = 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

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

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

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

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

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

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

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

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

44 „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

45 „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

46 „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 ± 0.5 nm Agata Czarnecka& Marcin Rosiński IPPLM, Warszawa, Grudzień 15, 2005

47 Rezultaty L – Mode H – Mode
Mniej zanieczyszczeń przy wprowadzeniu CH4 z diwertora niż z limitera. 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 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

48 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

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