Weer een stap: In line ECE systeem getest op Asdex Upgrade plasma

In kernfusieplasma’s kunnen magnetische eilanden ontstaan. Kleine eilandjes maken de plasma’s minder efficiënt, grote eilanden kunnen zelfs leiden tot schade aan een fusiereactor. Hoe beter de condities voor kernfusie in het plasma zijn, hoe makkelijker de eilanden ontstaan.

De eilanden moeten dus actief onderdrukt worden. Daartoe moeten een microgolven van een Megawatt (zeg maar het vermogen van 2000 magnetrons samen) gekoppeld worden in het plasma, en resonant gedeponeerd worden op het dikste punt van het roterende eiland. De straling wordt opgewekt met een gyrotron, en via een bundellijn naar het plasma geleid. Daar wordt de straling met een beweegbare component, een launcher, in het plasma gekoppeld. De launcher is nodig om de bundel te richten naar plek waar de buik van het eiland en de conditie voor de resonante vermogensdepositie samenvallen. Dit noemen we de radiele tracking van het eiland. Een aan-uit circuit (een modulator) is nodig om vermogen enkel te deponeren in de buik van het roterende eiland en nergens anders. Dit noemen we de fase-tracking van het eiland.

FOM Differ en TU/e control systems technology hebben een zeer succesvolle samenwerking op dit vlak. Twee jaar geleden deden we ons tot nu toe ultieme experiment, waarin we aantoonden hoe magnetische eilanden onderdrukt kunnen worden. Onze experimenten vonden plaats op de Duitse tokamak TEXTOR, op het Forschungszentrum Jülich. Door een speciaal notch filter van 130 dB diep, bij 140 GHz, konden de eilanden gemeten worden langs de gyrotron bundellijn. Dit maakt het controle probleem voor de radiele tracking eenvoudig. De fase-tracking van het eiland werd op TEXTOR bereikt met een phase-locked-loop. Veel teams werken aan dit probleem en de mondiale competitie is groot. Toch waren wij het eerste team te wereld dat dit resultaat behaalde.

Het succes en belang van deze experimenten wordt bevestigd door een aantal publicaties in Plasma Physics and Controlled Fusion en in Nuclear Fusion, en door de prijs voor het beste proefschrift die door de European Physics Society is uitgereikt aan de recent gepromoveerde Bart Hennen. De gekozen implementatie van het in-line ECE systeem voor TEXTOR, toont het voordeel van een dergelijk systeem aan voor de controle loop, maar is niet relevant voor ITER.

Ten eerste wordt op TEXTOR de gyrotron bundel bewust sterk verbreed en dan door de lucht naar de tokamak gevoerd, waarna deze weer gefocust wordt en de tokamak ingekoppeld wordt. Op ITER zullen de transmissielijn uit golfpijpen bestaan. Ten tweede moet het systeem robuust zijn tegen thermische effecten die kunnen leiden tot ontstemming van de notch, of het gyrotron. Ten slotte is op veel tokamaks de bandbreedte van de rotatie frequenties veel groter dan op TEXTOR, en kan de oplossing van de PLL niet worden toegepast.

Daarom is, na twee jaar voorbereding, een nieuw, ITER relevant, in line ECE systeem voor eiland controle geïnstalleerd in Asdex Upgrade (AUG), een grote tokamak bij München. AUG is uitgerust met een ECRH/CD systeem met multi-frequentie gyrotrons, die in 4 stappen afstembaar zijn over het gebied van 105 tot 140 GHz. Het AUG ECCD system beschikt over de ‘fast directional switch’ FADIS. Naast de standaard functionaliteit van FADIS (Power or Beam Combiner en de FAst Directional Switch) gaan we FADIS inzetten voor in line ECE. Fadis staat in de AUG beam-line en wordt de eerste trap van het in line ece systeem.

Een speciaal FADIS systeem voor in line ECE (FADIS MKIII) is ontwikkeld door IFP Stuttgart. Een door FOM ontwikkeld sensorsysteem meet de power-leakage en fase aan de FADIS uitgangen. Closed-loop experimenten met een door TNO ontwikkelde mover coil en controle systeem tonen aan dat Fadis afgestemd kan blijven. De FADIS notch wordt binnen 5 ms gelocked op de -de door thermische effecten- variërende gyrotron frequentie. Hiermee is het issue van waveguide compatibility en continuous wave operation van een in line ece systeem opgelost.

Een Mach-Zehnder interferentie filter is de tweede trap van AUG systeem. Het Mach-Zehnder interferentie filter werkt in tandem met FADIS en neemt stray radiation van het gyrotron en cross talk tussen de twee outputs voor zijn rekening. De acceptatietests van het systeem toonden een perfecte overeenkomst met de fase afhankelijke berekeningen. De Mach-Zehnder en een low power notch filter zijn boven FADIS gemonteerd, en het systeem is voor het eerst met plasma getest. De werking is overtuigend aangetoond.

Een observer is speciaal is ontwikkeld voor deze toepssing om uit de signalen de tijdsafhankelijke frequentie en fase van het roterende eiland te bepalen. Ook de observer is getest, en blijkt prima te werken. De observer kan een grote bandbreedte met snelle frequentieveranderingen aan.

De installatie en ingebruikname van dit systeem is een milestone voor alle onderzoekslijnen in het FOM Programma 120. Het systeem maakt de controle van MHD modes in plasma mogelijk. Een verscheidenheid aan controlers en real-time detectie technieken zullen in de komende 2 jaar geimplementeerd worden. De beste zaagtand controller en tearing mode controller zullen ingezet worden voor experimenten met impurity transport, energetische deeltjes transport, en de interactie tussen de zaagtand instabiliteit en Neo-classical tearing modes.

Over Marco de Baar

http://de.linkedin.com/pub/marco-de-baar/5/141/b33
Dit bericht werd geplaatst in Geen categorie. Bookmark de permalink .

2 reacties op Weer een stap: In line ECE systeem getest op Asdex Upgrade plasma

  1. Leuk om te lezen! (En ik begrijp het grotendeels ook nog.)

  2. Dank Jona! Ik ben druk voor je bezig, en denk vanmiddag of morgenochtend een tekst voor je te hebben die stijf staat van de culturele continuiteit! Een beetje als vingferoefening voor mij, maar veel belangrijker: ik snap de issues niet, en hoop door je op de vingers getikt te gaan worden. Cheers!

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s