NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-120-gedrag-plasmaverstoring-in-kernfusiereactor-iter-voorspellen/

Geprint op :
17 december 2018
20:28:15

In tokamaks vindt een periodieke, abrupte, menging van het centrale plasma plaats, de zaagtandoscillatie. Dit fenomeen is uitvoerig bestudeerd en goed begrepen in de bestaande, experimentele tokamaks. In een werkende kernfusiereactor ontstaan energierijke heliumkernen die ervoor zorgen dat de zaagtandoscillatie zich fundamenteel anders zal gedragen. Onderzoekers van het FOM-instituut DIFFER ontwikkelen een model om de invloed van die heliumkernen op het gedrag van de zaagtandoscillatie te voorspellen.

De zaagtandoscillatie is een universeel voorkomend fenomeen in tokamakplasma'. De zaagtand is vernoemd naar de typische tijdsevolutie van centrale plasmagrootheden. Een langzame groei van de deeltjesdichtheid, temperatuur en stroomdichtheid in het plasma wordt door een plotselinge magnetische reconnectie ongedaan gemaakt. Tijdens die crash wordt het centrum van het plasma volledig gemengd. Tevens kunnen dan andere plasma-instabiliteiten worden aangeslagen die de kernfusiereactiviteit verminderen.

Fundamenteel ander gedrag
De verdeling van de in de fusiereactie ontstane energetische heliumdeeltjes in het plasma beinvloedt de stabiliteit van de zaagtandoscillatie, terwijl de crash op zijn beurt leidt tot een herverdeling van de energetische deeltjes. Het gedrag van de zaagtandoscillatie zal daarom in een kernfusiereactor fundamenteel anders zijn dan in de huidige generatie experimentele tokamaks. Een samenstelling met energetische heliumdeeltjes leidt tot grotere crashes, waarbij de secundaire instabiliteiten al bij lagere plasmadruk worden aangeslagen.

DIFFER-onderzoeker Fabien Jaulmes heeft een tijdsafhankelijk elektromagnetisch model van de zaagtand gebruikt om de herverdeling van de energetische deeltjes gedurende de crash te beschrijven. De energetische deeltjes worden in detail gevolgd. De beginvoorwaarden hangen onder meer af van de energie van de deeltjes. Het model is gebruikt om te begrijpen hoe de belangrijkste evenwichtsparameters de beweging van het centrale plasma en de menging van de deeltjes tijdens de crash bepalen.

Model gevalideerd
Het model is ook gebruikt om experimenten bij JET, de Joint European Tokamak in Groot-Brittannie, en de ASDEX Upgrade-tokamak in Duitsland voor te bereiden en te analyseren. De vergelijking van gemeten herverdeling van energetische deeltjes tijdens de zaagtandcrash met de door het model berekende herverdeling vormt een belangrijke validatie van het model en de gebruikte numerieke codes. Deze validatie geeft het benodigde vertrouwen in de voorspellingen van de effecten van zaagtandcrashes in de komende International Tokamak Experimental Reactor (ITER), die in Frankrijk in aanbouw is.