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

Udržení energie v tokamacích PowerPoint PPT Presentation


  • 63 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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

Energetická bilance v tokamacích

W

Celková kinetická energie v plazmatu


Udr en energie v tokamac ch

Globální energetickábilance

Celkové ztráty výkonu z plazmatu se charakterizuji pomocí veličiny

Globální doba udržení energietE

definované jako

Ve stacionárním stavu =>

14.5.2012


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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)


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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


Udr en energie v tokamac ch

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)


Udr en energie v tokamac ch

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