Tranziens plazmahullámok által okozott gyorsionveszteségek kvantitatív jellemzése Fizika, Földtudományok és Matematika

31 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Plazma- és reaktorfizika Tagozat.

Tranziens plazmahullámok által okozott gyorsionveszteségek kvantitatív jellemzése

Helyezés: 2

Hallgató: Horváth László
Szak: Fizika, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazetők: Dr. Pokol Gergő - adjunktus, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar ,
Papp Gergely - doktorandusz, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Természettudományi Kar

Mágneses összetartású fúziós plazmákban az energia egyensúly szempontjából fontos, hogy a külső fűtés és a magreakciók által keltett gyorsionok a plazmában adják le energiájukat. Ezen ionok elvesztése drasztikusan lecsökkenti a fűtési teljesítményt, továbbá súlyosan károsíthatja a berendezés falát. A negatív hatások szükségessé teszik a jelenség vizsgálatát és megértését. Korábban az ASDEX Upgrade (AUG) tokamakon kvalitatívan vizsgálták a plazmahullámok és a gyorsionveszteségek közti kapcsolatot [1]. Munkám során ezt az összefüggést kvantitatívan elemeztem, melyhez STFT (Short Time Fourier Transform – Rövid Idejű Fourier Transzformáció) alapú átviteli függvényt alkalmaztam.

A hagyományosan definiált átviteli függvény stacioner, szélessávú jelek esetén az átlagolások számának növekedésével gyorsan tart a várható értékéhez. Az általam vizsgált fizikai probléma viszont keskeny sávú, tranziens jelek feldolgozását kívánta meg. Ezen jelek feldolgozására kiválóan alkalmasak az STFT-n alapuló módszerek, mivel egyszerre nyújtanak információt a jelenségek idő- és frekvencia térbeni viselkedéséről. Keskeny sávú jelek esetén azonban az átviteli függvény könnyen kimutathat csatolást az azonos frekvenciájú hullámok között abban az esetben is, ha nincs köztük lineáris kapcsolat. Az eredmény értelmezését tovább nehezítette, hogy a tranziens események miatt csak kevés átlagolásra volt lehetőségem. A problémák kiküszöbölése érdekében analitikusan kiszámoltam az átviteli függvényt egy általam alkotott additív jelmodellre. Az eredményekből következtetni tudtam arra, hogy valós jelre számított átviteli függvény éréke milyen tényleges csatolást jelent.

A kidolgozott eljárást IDL nyelven implementáltam és az ASDEX Upgrade tokamak mérési eredményeire alkalmaztam. A jelek kinyerésének megkönnyítése érdekében az általam írt rutint további idő-frekvencia felbontáson alapuló programokkal együtt integráltam az AUG legtöbb diagnosztikájának jelét beolvasni- és elemezni képes MTR rendszerbe. Az integrációval együtt az említett rutinokat egy közös grafikus felültettel is elláttam, mely az integrációval karöltve lehetővé teszi más – az AUG-on dolgozó – szakemberek számára a programcsomag használatát. A kidolgozott módszer segítségével különböző típusú és módusszámú plazmahullámok gyorsion szóró képességét határoztam meg.

Irodalom:

1. M. García-Muñoz et al.: Fast-Ion Losses due to High-Frequency MHD Perturbations in the ASDEX Upgrade Tokamak. Physical Review Letters, 100(5):055005 (2008).