16 september 2009, 2009/31
Magnetisch eiland reflecteert microgolven
Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen hebben
een nieuw verschijnsel in fusiereactoren ontdekt. Samen met collega's
uit Denemarken en Duitsland zagen ze dat ronddraaiende verstoringen in
het hete centrum van een fusiereactor microgolven kunnen reflecteren.
Deze microgolven worden veel gebruikt om de roterende verstoringen
onder controle te krijgen. De wetenschappers publiceerden hun
resultaten 15 september 2009 in het tijdschrift Physical Review
Letters.
Figuur 1. Magnetisch eiland reflecteert microgolven (credit: PRL /
FOM-Rijnhuizen)
vergroten Figuur 1. Magnetisch eiland reflecteert microgolven (credit:
PRL / FOM-Rijnhuizen)
Microgolven die door een oneffenheid (magnetisch eiland) in het plasma
van een tokamak-reactor worden weerkaatst. Van links naar rechts is
telkens te zien wanneer het eiland langskomt op zijn cirkelbaan door
de tokamak. Verticaal zijn verschillende golflengtes van de
weerkaatste straling te zien; de kleur geeft telkens de intensiteit
aan. De verticale zwarte lijnen geven aan waar het dikste punt (het
O-punt) van het eiland zich bevindt.
Figuur 2. Experimentele opstelling (credit: PRL / FOM-Rijnhuizen)
vergroten Figuur 2. Experimentele opstelling (credit: PRL /
FOM-Rijnhuizen)
Schematische tekening van de experimentele opstelling in het
onderzoek. Het gyrotron produceert een bundel microgolven, die deels
weerkaatsen aan het dikste deel van het magnetische eiland in het
plasma. Het weerkaatste signaal wordt opgevangen met een CTS-sensor
(collective Thomson scattering).
Om in de toekomst kernfusie als schone, veilige en vrijwel
onuitputtelijke energiebron in te kunnen zetten, moet de
fusiebrandstof worden verhit tot honderden miljoenen graden Celsius.
Het hete, geladen gas (plasma) zweeft binnenin de installatie in een
sterk, ringvormig magneetveld zodat het niet in contact komt met de
wand van de fusiereactor of tokamak. Allerlei oneffenheden in het
plasma beïnvloeden hoe goed die opsluiting werkt.
In een veelvoorkomend type verstoring snoert een deel van het
magneetveld zich af en draait snel rond in de reactor. Zo'n magnetisch
eiland kan groeien en, als het te groot wordt, de hele magnetische
opsluiting teniet doen. Er wordt daarom veel onderzoek gedaan naar het
gedrag en de controle van magnetische eilanden.
Eiland-beheersing met microgolven
Een veelgebruikte methode om magnetische eilanden in bedwang te houden
is ze op precies het juiste punt te verhitten met microgolven
(magnetronstraling). Tijdens experimenten met een nieuw, Nederlands
apparaat op de Duitse fusiereactor TEXTOR ontdekten de
Rijnhuizenonderzoekers een nog onbekend verschijnsel: onder bepaalde
omstandigheden reflecteren de eilanden een deel van de microgolven.
Met relatief kleine aanpassingen aan de meetapparatuur konden de
omstandigheden waarbij het verschijnsel optreedt goed in kaart worden
gebracht. Dit is behalve voor fundamenteel begrip van de wisselwerking
tussen plasma en microgolven ook belangrijk voor metingen bij
fusie-experimenten over de hele wereld. Op veel van deze experimenten
worden namelijk de zwakke microgolven die het plasma zélf uitzendt
gemeten. Door reflecties van de miljarden malen sterkere
verhittingsgolven kan deze gevoelige meetapparatuur verblind worden.
Toekomstig onderzoek voor fusie-experiment ITER
Uit de nieuwe metingen blijkt dat alleen het dikke middenstuk van de
eilanden de golven weerkaatst. Het verschijnsel is nu waargenomen bij
één type van magnetische eilanden, in één specifieke tokamak. Volgens
de metingen hangt de microgolfreflectie sterk af van het
verhittingsvermogen en van de plasmadichtheid. Of het effect ook kan
optreden in het internationale fusie-experiment ITER is nog
onduidelijk. De dichtheid wordt daar minstens drie keer zo hoog als in
TEXTOR en ook het totale vermogen en de vermogensdichtheid van de
microgolven zijn anders dan in TEXTOR. Om het verschijnsel beter in
kaart te brengen, zijn verdere experimenten gepland in de Duitse
tokamak Asdex Upgrade. Dat zal helpen uitwijzen of in het ITER-ontwerp
rekening moet worden gehouden met de weerkaatsing van
microgolfbundels.
Referentie
Strong Scattering of High Power Millimeter Waves in Tokamak Plasmas
with Tearing Modes, Phys. Rev. Lett. 103, 125001 (2009)
URL: http://link.aps.org/abstract/PRL/v103/e125001
DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.125001
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Dr. Egbert Westerhof, Senior Scientist, Tokamak Physics-groep,
FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, telefoon (0)30 609 69 54.
Dr. Marco de Baar, werkgroepleider, Tokamak Physics-groep,
FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, telefoon (0)30 609 69 01.
Gieljan de Vries, Hoofd publieksvoorlichting, FOM-Instituut voor
Plasmafysica Rijnhuizen, telefoon (0)30 609 69 02.
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Melissa Vianen