Spektroszkópiai mérések kiértékelése és modellezése a Wendelstein 7-X sztellarátor alkáli atomnyaláb diagnosztikáján Fizika, Földtudományok és Matematika

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

Spektroszkópiai mérések kiértékelése és modellezése a Wendelstein 7-X sztellarátor alkáli atomnyaláb diagnosztikáján

Helyezés: 2

Hallgató: Csillag Barnabás Gellért
Szak: fizikus, Képzés típusa: msc, Intézmény: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Dr. Zoletnik Sándor - Laboratóriumvezető, N N Energiatudományi Kutatóközpont

A Wendelstein 7-X sztellarátor a világ jelenlegi legnagyobb és legfejlettebb olyan fúziós berendezése, melyben a plazmát kizárólag külső tekercsekkel előállított mágneses térrel tartják össze. A plazma szélén az elektronsűrűség mérésére az EK kutatói építettek és üzemeltetnek egy alkáli (nátrium) atomnyaláb diagnosztikát. Jelen dolgozatban a diagnosztika más plazmaparaméterek mérésére való felhasználhatóságát vizsgáljuk meg.

A fúziós plazmák ionhőmérsékletének meghatározására egy ismert eljárás a plazmába lőtt semleges atomnyalábok részecskéinek ionokkal történő ütközésének felhasználása. Ezen kölcsönhatások során az ionok elektronokat vehetnek át a semleges atomokról töltéscserével. Az ilyen elektronokat átvett ionok elemre jellemző karakterisztikus sugárzásokat bocsátanak ki. Spektrométerrel mérve ezen sugárzások hullámhossz szerinti eloszlását, a vonalak Doppler-kiszélesedésének meghatározásán át az ionok hőmérséklete kiszámítható.

A Wendelstein 7-X sztellarátoron alkalmazott diagnosztikai nátrium atomnyaláb az ionok hőmérsékletén túl a mágnese térerősség meghatározására is lehetőséget szolgáltathat. A nátrium atomok kölcsönhatnak a plazma részecskéivel, így gerjesztődnek, majd fényt bocsátanak ki, amelyet szintén lehet mérni hullámhossz szerint. A nátrium dublett Zeeman-felhasadt spektrumából a mágneses térerősség elméletileg meghatározható. Gyakorlatban a mérést nehezíti, hogy a fényt gyűjtő lencsén belüli különböző megfigyelési irányok miatt a vonalak komponensei elmosódnak, és minél nagyobb a lencse, annál erősebb ezen jelenség hatása. Az optika növelésével emelkedik a spektrométer által detektálható fotonok száma, így az intenzitások relatív hibája csökken. Ebből következik, hogy létezhet egy optimális összeállítás, amelynél a mérési hibának minimuma van. További problémát jelenthet az ideális megfigyelési irány megtalálása.

Jelen dolgozat egyik célja a Wendelstein 7-X sztellarátoron mért néhány olyan spektrumvonal Doppler kiszélesedésének meghatározása, amelyeket az alkáli nyaláb gerjeszt, így az őket kibocsátó ionok helye pontosan meghatározható. A dolgozatban kiszámításra kerül a spektrumvonalak kiszélesedése alapján az ionok hőmérséklete és annak hibája. Ezen felül megállapításra kerül egy tervezett összeállításhoz tartozó mérési hiba. A dolgozat másik célja modellezés segítségével az ideális megfigyelési irány és lencseméret megállapítása a Zeeman felhasadás által történő mágneses tér méréshez.