Atomnyaláb diagnosztika fejlesztése fúziós plazmafizikai mérésekhez Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Plazmafizika Tagozat.

Atomnyaláb diagnosztika fejlesztése fúziós plazmafizikai mérésekhez

Helyezés: 3

Hallgató: Bélteki János Benjámin
Szak: Fizikus MSc, Képzés típusa: msc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Dr. Anda Gábor - tudományos főmunkatárs, N N ELKH Energiatudományi Kutatóközpont

A mágneses összetartású fúziós berendezéseken alapuló energiatermelés képes lehet megoldani energetikai problémáinkat. A legelterjedtebb ilyen berendezéstípus a tórusz alakú tokamak, melyben a mágneses teret elsősorban toroidális mágneses tekercsek, valamint egy központi transzformátortekercs által hajtott plazmaáram hozza létre. A berendezés vákuumkamrájában így létrejövő helikálisan megcsavart toroidális tér biztosítja a plazma mágneses összetartását.

Az atomnyaláb-emissziós spektroszkópia a fúziós plazmák vizsgálatának elterjedt eszköze, egy semleges atomnyaláb plazmába lövésével valósít meg mérési eljárást. Az ütközések során gerjesztődő nyalábatomok spontán emisszióval jutnak vissza alapállapotukba, az emittált fény detektálásával információt kaphatunk a plazma lokális tulajdonságairól. A fúziós plazmákban gyakran lép fel turbulens áramlás, melynek révén nagy sűrűségű, magas hőmérsékletű struktúrák jutnak a plazma belsejéből annak külső régióiba. Ezek a struktúrák a mágneses erővonalak menti gyors transzport miatt erősen elnyúltak, ezért adott mágneses térkonfiguráció esetén döntően befolyásolják a plazma energiaösszetartását. Speciális megfigyelési geometria esetén a semlegesítés előtti ionnyaláb megfelelő frekvenciájú eltérítésével kvázi 2D mérés végezhető, így a turbulens áramlás sebessége meghatározható.

A nyaláb horizontális és vertikális eltérítését a diagnosztikába épített elektrosztatikus lemezpárkettős teszi lehetővé. Nehézséget jelent azonban, hogy eltérítéskor a nyaláb deformálódik (közepe kiürül, keresztmetszete kitágul), emiatt a viszonylag nagy távolságra lévő plazmába a nyalábionok csak egy része jut el végül semlegesített nyalábatomként. Mivel ez a nyaláb intenzitását, így pedig a fényemisszió detektálásából származó fényjelet csökkenti, szükség van az eltérítéskor jelentkező nyalábdeformáció vizsgálatára.

Az ELKH EK Plazmafizika Laboratóriumában nátrium ionforrással végzett méréseim során különböző eltérítő feszültségek és nyalábenergiák esetén vizsgáltam a jelentkező deformációt. Az eredmények alapján meghatároztam azokat az optimális nyalábparaméter értékeket, amelyek mellett a deformáció mértéke minimális, továbbá az ezeket okozó fizikai jelenségeket.