Home » Attività di ricerca Fisica del Plasma e della Fusione Termonucleare Attività sperimentali su plasmi da fusione

Attività su FTU

L'IFP partecipa all'esperimento Frascati Tokamak Upgrade attraverso la gestione e l'utilizzo di un sistema di riscaldamento addizionale del plasma (esperimento denominato "ECRH su FTU") basato su onde a frequenza ciclotronica elettronica (EC). IFP ha progettato e realizzato su FTU un sistema in grado di iniettare 4 fasci a microonde con potenza complessiva di 1.6MW alla frequenza di 140GHz,  risonante ad un campo magnetico di 5 T. Il sistema si compone di 4 sorgenti a microonde (gyrotron) ciascuna in grado di erogare 500KW per 0.5s. La trasmissione della potenza avviene in guida corrugata sovramodata, mentre due antenne di lancio sono state realizzata con specchi mobili, una delle quali consente esperimenti con controllo in tempo reale della deposizione di potenza. Questi specchi focalizzano i fasci di microonde nel plasma ove si raggiungono densità di potenza locali dell'ordine di 70MW/m3. Il sistema d'alimentazione dei gyrotron permette di modulare la potenza con forme d'onda sinusoidali o ad onda quadra fino ad una frequenza massima di 10kHz. Un recente sviluppo dell'alimentatore permette inoltre di utilizzare il sistema di generazione della potenza come parte di un sistema di feedback per esperimenti di controllo in tempo reale dei parametri di plasma.

L'esperimento ECRH su FTU, iniziato nel 1994 utilizzando una sola sorgente di potenza con una durata ridotta d'impulso (15ms), è entrato in funzione nel 1997 ed è stato completato nel 2003, anno in cui ha raggiunto le prestazioni nominali di progetto (1.6MW al plasma). Il sistema è stato e continua ad essere utilizzato per studiare la fisica del riscaldamento addizionale alla risonanza ciclotronica elettronica con le possibili applicazioni ad un plasma di carattere termonucleare come quello di FTU. Al momento sono disponibili due antenne di lancio.

 

FTU Tokamak
©Antonio Giordano - www.antoniogiordano.com

 

I principali argomenti di ricerca riguardano:

  • propagazione ed assorbimento di onde EC in plasmi ad alta densità elettronica (> 1020m-3) con riscaldamento elettronico di plasmi in regimi collisionali;
  • stabilizzazione attiva mediante ECH/ECCD di instabilità MHD sia di ordine m=1 (denti di sega) sia di tipo "resistive tearing mode", anche con sistemi "real-time";
  • studio del trasporto del calore in condizioni stazionarie e con metodi perturbativi;
  • assorbimento di onde EC da elettroni sovratermici con generazione di corrente non induttiva;
  • possibili effetti di mitigazione delle disruzioni del plasma con onde EC;
  • sviluppo di una diagnostica per la temperatura ionica mediante effetti di Scattering Collettivo di onde ad alta frequenza (CTS) ed investigazione di fenomeni peculiari quali i decadimenti parametrici di onde EC.

La partecipazione all'esperimento tokamak FTU ha portato a collaborazioni e approfondimenti anche su argomenti solo in parte riconducibili all'interazione onda-plasma ad alta frequenza, quali gli studi riguardanti:

  • "break-down" e "current ramp-up" assistiti da ECH
  • la modifica del trasporto di particelle in presenza di riscaldamento ECH
  • l'efficienza di current drive per onde alla frequenza ibrida inferiore (Lower Hybrid)
  • la formazione di barriere di trasporto elettronico generate dalla combinazione di onde di lower hybrid e onde EC
  • gli effetti sull'emissione elettronica ciclotronica da plasmi ad alta temperatura
  • il trasporto di impurezze in plasmi ad alta temperatura

Attività su JET

IFP ha un ruolo attivo nelle seguenti tematiche:

  • Studio del trasporto turbolento di calore eletronico e ionico: esperimenti in plasmi in D e H, validazione di modelli, simulazioni quesi-lineari  e simulazioni giro-cinetiche
  • Studio del trasporto di impurezze, controllo dell’accumulo, effetto delle impurezze sul trasporto termico, simulazioni giro-cinetiche
  • Studio di trasporto di particelle e del piccaggio del profileo di densità mediante modulazione del flusso di gas
  • Diagnostiche di spettroscopia neutronica e gamma di plasmi di Deuterio e Deuterio-Trizio
  • Sviluppo di nuove diagnostiche compatte: progetto GCU (Gamma ray camera Upgrade) e VNS (Vertical Neutron Spectrometer)
  • Analisi di scariche con NBI e ICRH in plasmi con alto confinamento per studiare l’effetto sui coefficienti di trasporto dei modi tearing neoclassici all’interno del codice di trasporto europeo (ETS) per l’EUROfusion task WPCD
  • Studio dell’attività magnetoidrodinamica e della sua relazione con le disruzioni
  • Studio della funzione di distribuzione in energia degli elettroni in plasmi ad alta temperatura.
  • Analisi della formazione di ammoniac e ritenzione dell’azoto in scariche con N2 seeding e durante la rigenerazione delle crio-pompe
  • Applicazione ed ulteriori sviluppi del codice DUSTTRACK per lo studio del trasporto di particelle di dust in JET nei casi di configurazioni sperimentali reali.
  • Sviluppo di modelli di ablazione di dust (W, Fe) nel SOL di JET per studiare il fenomeno dei Transient Impurity Events (TIEs).
 
 

Attività su AUG e TCV

IFP ha la responsabilità scientifica dell'area Disruption Avoidance e partecipa a esperimenti sui tokamak AUG e TCV.

Inoltre, il personale di IFP risulta coinvolto nelle seguenti tematiche:

  • Asdex Upgrade (AUG)

Validazione modelli di trasporto su scenari ibridi di AUG

Validazione di un modulo per descrivere gli NTM nel workflow del codice European Transport Solver, per il controllo di instabilità magneto-idrodinamiche con onde EC

Studio della dinamica degli NTM eloro controllo mediante iniezione di potenza EC

  • Tokamak à Configuration Variable (TCV)

Esperimenti di startup assistito del plasma mediante iniezione di onde EC]

Esperimenti con plasmi in presenza di elettroni di tipo "runaway"

E' inoltre attiva una diretta collaborazione scientifica tra IFP e lo Swiss Plasma Center (SPC) di Lausanne all'interno della quale ricercatori di IFP forniscono contibuti e supporto in diversi ambiti tra cui:
  1. Progettazione di componenti microonde di potenza
  2. Supporto nella gestione dell’impianto ECRH di TCV durante la sperimentazione
  3. Realizzazione di esperimenti sul tokamak TCV
  4. Test di componenti a microonde presso SPC-EPFL
 

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