Udržení energie v tokamacích
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 15

Udržení energie v tokamacích PowerPoint PPT Presentation


  • 69 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Udržení energie v tokamacích. J. Stockel. Globální doba udržení energie je klíčový parametr pro splnění podmínky pro řízenou termojadernou reakci v plazmatu Lawsonovo kritérium. Globální doba udržení energie – defini ce Příklad – COMPASS Lokální energ etická b i lance

Download Presentation

Udržení energie v tokamacích

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Udržení energie v tokamacích

J. Stockel

Globální doba udržení energie je klíčový parametr pro splnění podmínky

pro řízenou termojadernou reakci v plazmatu

Lawsonovo kritérium

  • Globální doba udržení energie – definice

  • Příklad – COMPASS

  • Lokální energetická bilance

  • Globální částicová bilance


Energetická bilance v tokamacích

W

Celková kinetická energie v plazmatu


Globální energetickábilance

Celkové ztráty výkonu z plazmatu se charakterizuji pomocí veličiny

Globální doba udržení energietE

definované jako

Ve stacionárním stavu =>

14.5.2012


Experiment

Musíme měřit následující veličiny

WEnergie plazmatu – EFIT, diamag

POH Ohmický příkon = IP*Uloop

PRAD Celkový vyzářený výkon – bolometry

často se neměří s dostatečnou přesností, takže mnohdy

14.5.2012


Globální doba udržení energie charakterizuje tepelnou izolaci

Okna zavřena

+ izolace

Okna otevřena

Okna zavřena

T=15o

T=0o

T=25o

Topení vypnuto

Okna zavřena+izolace

Okna zavřena

Teplota

Okna otevřena

Venkovní teplota

čas

14.5.2012


Global energy confinement time

Global energy confinement time

Globální energetická bilance při dodatečném ohřevu

PNBI

Analytické řešení za předpokladu žejednotlivé členy

POH, PNBI, Prad a tE

se nemění v čase


Analytickéřešenírovnice pro bilanci energie

Analytické řešení lze porovnat s experimentem a ověřit, zda předpoklady

(t.j. konstantní parametry) jsou splněny.

Pokud ANO pak lze stanovit absorbovaný

příkon dodatečného ohřevu

(v našem případě NBI)

Musíme však změřit následující veličiny

W, WOH Energie plazmatu – EFIT, diamag

POH Ohmický příkon = IP*Uloop

PRAD Celkový vyzářený výkon - bolometry

tE(OH) Globální doba udržení energie v OH

Pro

PNBI/(POH-PRAD) = 0.8 atE = 4 ms

14.5.2012


COMPASS s NBI – L mode

Výkon na výstupu s injektoru neutrálních atomůPinj ~187 kW

Příkon před vstřikem neutrálního svazku POH-Prad = 115 kW

# 4759

Časový vývoj energie plazmatu(EFIT)

Global doba udržení energie před NBI

14.5.2012


Detailnější srovnání s modelem

Srovnání experimentu a jednoduchého modelu je velmi dobré během dodatečného ohřevu s NBI pokud:

tE = 6 ms se příliš nemění a zůstává

okolo ohmické hodnoty

PNBI/(POH-Prad) = 0.7

14.5.2012


Lokální energetická bilance plazmatu

Elektronová

komponenta

Iontová

komponenta

we,i(r,t) – lokální kinetické energie v elektronech a iontech

pOH = j.s - ohmický příkon W/m3

pei- příkon předávaný od elektronů k iontům

pcond- ztráty tepelnou vodivostí

pdif- ztráty difúzí částic

pcx- ztráty výměnou náboje

pRAD- ztráty zářením

padd- příkon dodatečného ohřevu

Jednotlivé členy představují lokální příkon a ztráty výkonu [W/m3] a jsou

funkcí polohy a času


Řešení rovnic lokální energetické bilance

  • Soustava parciálních diferenciálních rovnic druhého řádu

  • jejímž řešením jsou radiální profily elektronové a iontové teploty -

  • možné pouze numericky

  • Musíme však zadat rozložení hustoty plazmatu n(t,r)

  • a zejména musíme znát koeficienty přenosu:

  • koeficient tepelné vodivosti (t,r)

  • koeficient difúze D (t,r)

  • Klasická teorie přenosu tepla a částic však nedává pro tyto veličiny uspokojivou předpověd, neboť jsou závislé na úrovni turbulence plazmatu!!

  • Tudíž tento přístup je prakticky nepoužitelný (využívá se právě pouze ke stanovení koeficientů přenosu z experimentálně změřených profilů elektronové a iontové teploty)


Škálování globální doby udržení energie

reaktor

Jaké parametry bude mít budoucí fúzní reaktor?Jaké rozměry?Jak veliké proudy?Jak veliké magnetické pole? ………..?

Experiment

GOLEM

Udržení plazmatu a jeho tepelně izolační vlastnosti se zlepšují se zvětšováním rozměrů tokamaku a růstem proudu


Škálování globální doby udržení energie

tE~a2/

  • kde a je charakteristický rozměr tokamaku

    =>globální udržení energie se zlepšuje se zvětšováním rozměru tokamakuneboť tepelná vodivost (turbulence plazmatu) je zhruba stejná

    Typicky:

    Malé tokamaky (GOLEM):

    a ~ 0.08 m=> Doba udržení energie< 0.001 s

    Střední tokamaky (COMPASS):

    a~0.3 m =>Doba udržení energie~ 0.01- 0.03 s

    Velké tokamaky (JET):

    a~ 1.3 m =>Doba udržení energie~ 0.1 - 1 s

    Budoucí tokamaky (ITER, reaktor):

    a~ 2 m =>Doba udržení energie~ 1 - 10 s


Bilance nabitých částic v tokamaku

Lokální bilance částic

(můžeme spočítat rozložení hustoty)

n – lokální hustota plazmatu /m-3/

qi – počet aktů ionizace v jednotce objemu /m-3s-1/. Je úměrný

  • tlaku pracovního plynu před výbojem

  • přítoku neutrálních atomů za stěny (recycling)

  • dodatečnému napouštění pracovního plynu (buď plynná fáze nebo tzv. pelety

  • koncentraci atomů příměsí

    D – koeficient difúze – magická hodnota D = 1 m2/s

Globální bilance částic

(umožňuje stanovit globální dobu udržení částic)


Závěrem

  • Klíčový parametrem každého tokamak je globální doba udržení energie tE

  • Charakterizuje kvalitu tepelné izolace plazmového prstence

  • Neexistuje doposud spolehlivá teorie, na jejímž základě je možno předpovědět

    kvalitu globálního udržení (tepelné izolace) pro jeden každý tokamak, neboť na pozadí je turbulence plazmatu

  • Vystupuje v Lawsonově kritériu pro dosažení řízení termojaderné reakce

  • Proto je nezbytné tuto veličinu experimentálně měřit

  • Experimenty provedené během 50ti let experimentálního výzkumu na různě velikých tokamacích umožnily nalézt škálování globální doby udržení energie s inženýrskými parametry (zejména rozměry tokamaku, proud plazmatem, a tvar prstence,…)

  • To nakonec umožnilo vyprojektovat tokamak ITER a budoucí fúzní reaktor


  • Login