Participarea Romaniei la EUROfusion WPJET1 si cercetari complementare

Director de proiect: Teddy Craciunescu (INFLPR),

Parteneri externi:

In acord cu documentele ce statueaza cercetarea stiintifica privind fuziunea nucleara in cadrul programului Orizont 2020, reactorul de tip tokamak JET (Joint European Torus) de la Culham, Marea Britanie ocupa un rol central. Campaniile experimentale desfasurate aici sunt orientate spre solutionarea unor probleme de fizica esentiale pentru ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Aceste campanii vor include in final un set cuprinzator de experimente de tip DT (deuteriu-tritiu) menite sa demonstreze compatibilitatea dintre regimurile de operare inductive cu materialele peretelui ILW (ITER like wall). Campaniile au rolul de a a furniza elementele esentiale privind intelegerea comportarii plasmei in diverse regimuri, in pregatirea viitoarelor experimente cu deuteriu-tritiu, programate pentru anul 2020.

Participarea la campaniile experimentale C33-36 de la JET

Obiective, Etape:

Participarea la experimentele:

Participarea cercetatorilor romani adduce competente in: diagnostic plasmei (spectrometrie gama, tomografie de emisie gama, neutron, HXR, bolometrie, imagistica cu camera ultra-rapide si imagistica de infra-rosu), diagnostica acoperirilor metalice ale primului perete, dezvolaterea de modele teoretice, interpretari.

Rezultatele obtinute:

Participarea Romaniei la experimentele din campaniile C33-34 a fost legata de experimente legate de fizica ionilor rapizi si de diagnostica plasmei cu camere video si de infra-rosu. Au fost realizate masuratori de spectrometrie gamma si s-au realizat analize tomografice pentru determinarea distributiei emisivitatii gama in pasma de fuziune. Analizele tomografice au furnizat informatii privind distributia ionilor rapizi in plasma si de asemenea au permis determinarea evolutiei temporale si spatiale a RE (runaway electrons). A fost de asemenea finalizat si testat un pachet de metode de procesare a imaginilor pentru diagnoza plasmei: metode de identificare a aparitiei fenomenelor de tip MARFE (Multifaceted Asymmetric Radiation from the Edge) pentru predictia disruptiilor in plasma, metode de identificare si analiza a depunerilor de suspensii pe peretii reactorului si metode de corectiei a rotatiei imaginilor pentru camerele video si infrarosu din sistemul de diagnostica de la JET. In cadrul participarii la experimentele din campania C35-36 si in cadrul campaniei de hidrogen C37, in domeniul diagnosticii plasmei de fuziune, s-au realizat analize de tomografie de emisie gama si de neutroni pentru determinarea distributiei ionilor rapizi in plasma si pentru determinarea evolutiei temporale si spatiale a RE (runaway electrons).

Participarea cuprinde si o puternica componenta teoretica, ce tine cont de faptul ca este esential pentru reactor ca imaginea fizica a evolutiei plasmei sa fie corecta, ceea ce impune modele cu caracter predictiv. Transportul si acumularea impuritatilor in plasma este o problema importanta pentru experimentele M15-01. S-au adus contributii la modelarea transportului turbulent (difuziv si prin viteza medie) pentru impuritati cu masa mica si mare. S-a aratat ca gradientul amplitudinii turbulentei poate genera o viteza radial medie. Scenariile hibride investigate intr-o serie de experimente in cadrul M15-02 sunt importante datorita posibilitatii de a se obtine o mai buna stabilitate si performanta. Particularitatea regimului hibrid consta in profilele de densitate si de curent care sunt plate sau cu minime centrale. Am gasit elemente fizice noi care ar putea fi importante pentru aceste experimente: 1) efectul influxului de neutri (incusiv implantare de ioni de Ne) ca sursa de rotatie a plasmei ce poate influenta confinarea; 2) o relatie intre rotatia forfecata, densitatea de curent si densitatea de particule ce reprezinta un invariant MHD. Aceasta arata ca rotatia poloidala poate conduce la profile de curent cu minime centrale.

Participarea cercetatorilor romani la campaniile C35-35 a fost legata de experimentele:

Pentru a contribui la experimentele M15-01 si M15-02 din Campania C35 – C36 la JET, a fost dezvoltat suportul analitic si numeric al teoriei propuse de noi recent, ce consta in relevarea conexiunii dintre ionizare si modificarea starii de confinare. Noua versiune a codului numeric este rebusta si stabila la variatia rezolutiei si confirma insemnatatea curentului radial la ionizarea unui influx masiv de neutri (gas puff, pellet). Am expus modelul nostru care, in opinia noastra, trebuie sa devina parte din imaginea fizica a confinarii, fiind legat de generare de bariere de transport prin rotatie diferentiala. Am dezvoltat si am expus un model original ce poate oferi o explicatie pentru oscilatiile radiatiei D-alpha, observata experimental. Modelul propune o secventa ciclica de ionizare de neutri (crestere a semnalului D-alpha), generare de bariera de transport (deci reducere de re-ciclare de particule si caderea semnalului D-alpha), reducerea influxului de neutri si implicit a suportului de rotatie poloidala, deci distrugerea barierei de transport. Efectul se repeta. Teoria noastra despre curentul produs la ionizare joaca un rol central in aceasta descriere. In special pentru scanariul « hybrid » (tokamak avansat) am dezvoltat un model bazat pe un invariant MHD care ofera o explicatie alternativa a inversarii profilului de factor de securitate.

Analize de tomografie de emisie gama au fost efectuate pentru experimentul H16-12 pentru determinarea distributiei spatiale a ionilor rapizi si de asemenea pentru experimentul M15-12 pentru determinarea distributiei ionilor rapizi. Metode de tomografie de emisie de raze X dure au fost aplicate pentru vizualizarea propagarii electronilor RE (runaway) inainte de interactia cu componentele peretelui instalatiei tokamak cu rezolutie temporala, spatiala si energetica. Evaluare preliminara efectuata a fost urmata de o analiza detaliata bazata pe calculul unor configuratii magnetice de echilibru cu inalta rezolutie spatiala. Analize cuprinzatoare de tomografie de emisie de neutroni au fost efectuate pentru experimentul M15-24 in corelatie cu evenimentele de tip TAE (Toroidal Alfven Eigenmodes).

Vizualizarea orbitelor ionilor rapizi si comparative cu simularile numerice (simulari numerice V. Kiptily et al.,Nucl. Fusion, 45, L21). Ioni 3He proveniti din reactiile Be(3He,pg)11B, 9Be(3He,ng)11C, 12C(3He,pg)14N au contribuit la formarea distribuiei de emisivitate gamma.

Vizualizarea modificarii distributiei ionilor accelerate prin ICRH datorita apaitiei instabilitatii de tip TAE

Participarea la campania experimentala C38 de la JET

Participarea cercetatorilor romani la campania experimentala C38 este legata de 8 experimente si 2 task-uri de modelare si analiza a datelor:

Ea se axeaza in principal de furnizarea de metode si intrumente pentru tomografia de emisie gama, neutroni, HXR si bolometrie. Analize tomografice extensive au fost efectuate pentru toate experimentele. A fost demonstrata capacitatea metodei de reconstructie bolometrica dezvoltata de noi in surprinderea si analiza tuturor stadiilor importante in studiile efectuate cu noul sistem de injectie a pastile de deuteriu solid utilizate pentru controlul instabilitatilor ELM de ala JET. In plus o serie de noi cercetari au fost dezvoltate: evolutia emisivitatii neutronice in experimentele cu electroni de tip runaway, dezvoltarea de tehnici pentru vizualizarea depunerilor de tungsten in zona SOL (scrape-of-layer), dezvoltarea de metode de predictie a disruptiilor bazate pe forma profilului puterii radiate. Pentru eficientizarea exploatarii metodelor tomografice in cadrul viitoarei campanii DT, inclusiv in analizele intre pulsuri succesive, un cod de calcul integrat a fost dezvoltat. Codul include si variate routine dedicate pre-procesarii datelor sau corectiilor diferitelor efecte parazite.

Vizualizarea celor mai semnificative etape intr-un experiment “de tip “shuterred pellets

Vizualizarea propagarii electronilor de tip runaway

Referitor la partea de modelare, unul dintre principalele obiective a fost cel de a descrie evolutia perturbatiilor MHD de forfecare neoclasica (NTM) si de a testa modelul teoretic pe care l-am propus in raport cu rezultatele experimentale obtinute in urma cat mai multor descarcari. A fost obtinuta o potrivire precisa intre evolutia frecventei calculate a modurilor NTM si cea furnizata de catre spectrogramele asociate perturbatiilor, din analiza de date experimentale. Mai mult, au fost calculate evolutii similare ale grosimii insulei magnetice asociate perturbatiilor neoclasice, folosing modelul teoretic pe care l-am propus si codul numeric European Transport Solver (ETS). In concluzie, daca validitatea modelului propus e dovedita, acesta poate deveni un instrument folositor, avand capabilitati predictive. Conditia de evitare a disruptiilor in plasma, usor de calculat folosind modelul propus, se traduce prin harti de stabilitate ale parametrilor plasmei si ale datelor livrate de catre diagnostica plasmei.

Publicatii:

Articole:

[1] E.Peluso , T.Craciunescu , M.Gelfusa , A.Murari , P.J.Carvalho , P.Gaudio, A New Tomographic Method for the Analysis of Bolometric Measurements on JET, submitted to Fusion Engineering and design.

[2] Yu.V. Yakovenko, V.V. Lutsenko, B.S. Lepiavko, Ya.I. Kolesnichenko, V. Kiptily, L. Giacomelli, T. Craciunescu, H. Weisen, Simulations of the Sawtooth-Induced Redistribution of Fast Ions, submitted to Nuclear Fusion.

[3] Ye.O. Kazakov, J. Ongena, R. Bilato, V. Bobkov, J.M. Faustin, A. Kappatou, V.G. Kiptily, E. Lerche, M. Mantsinen, M. Nocente, M. Schneider, D. Van Eester, M. Weiland, H. Weisen, J.C. Wright, S.J. Wukitch, Y. Baranov, J. Bielecki, S.A. Bozhenkov, A. Cardinali, C. Castaldo, T. Craciunescu, K. Crombé, A. Czarnecka, R. Dumont, P. Dumortier4, F. Durodié, J. Eriksson, R. Felton, M. Fitzgerald, J. Galdon-Quiroga, D. Gallart, M. Garcia-Munoz, L. Giacomelli, C. Giroud, M. Goniche, J. Gonzalez-Martin, J. Graves, D. Grekov, C. Hellesen, Ph. Jacquet, T. Johnson, N. Krawczyk,M. Lennholm, T. Loarer, S. Menmuir, I. Monakhov, F. Nabais, M.F.F. Nave, J.-M. Noterdaeme, R. Ochoukov, H. Patten, M. Porkolab, P. Schneider, S.E. Sharapov,D. Valcarcel, Recent advances in ICRF heating of mixture plasmas: survey of JET and AUG experiments and extrapolation to JET-DT and ITER, submitted to Nuclear Fusion.

[4] Craciunescu, T., Peluso, E., Murari, A., Gelfusa, M., Maximum likelihood bolometric tomography for the determination of the uncertainties in the radiation emission on JET TOKAMAK, (2018) Review of Scientific Instruments, 89 (5), art. no. 053504.

[5] Mlynar, J., Craciunescu, T., Ferreira, D.R., Carvalho, P., Ficker, O., Grover, O., Imrisek, M., Svoboda, J., Current Research into Applications of Tomography for Fusion Diagnostics, (2018) J Fusion Energ (2018). https://doi.org/10.1007/s10894-018-0178-x

[6] Kazakov, Y.O., Ongena, J., Wright, J.C., Wukitch, S.J., Lerche, E., antsinen, M.J., Van Eester, D., Craciunescu, T., Kiptily, V.G., Lin, Y., Nocente, M., abais, F., Nave, M.F.F., Baranov, Y., Bielecki, J., Bilato, R., Bobkov, V., Crombé, K., Czarnecka, A., Faustin, J.M., Felton, R., Fitzgerald, M., allart, D., Giacomelli, L., Golfinopoulos, T., Hubbard, A.E., Jacquet, P., Johnson, ., Lennholm, M., Loarer, T., Porkolab, M., Sharapov, S.E., Valcarcel, D., Van Schoor, M., Weisen, H., Efficient generation of energetic ions in multi-ion plasmas by radio-frequency heating, (2017) Nature Physics, 13 (10), pp. 973-978.

[7] F. Spineanu, M. Vlad, On the late phase of relaxation of two-dimensional fluids: turbulence of unitons, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025004.

[8] Vlad M, Spineanu F, Randon and quasi-coherent aspects in particle motion and their effects on transport and turbulence evolution, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025014.

[9] Croitoru A. M., Effects of magnetic drifts on ion transport in tokamak turbulent plasmas, Romanian Journal of Physics, submitted 2017.

[10] Vlad M., Spineanu F., Combined effects of hidden and polarization drifts on inpurity transport in tokamak plasmas, JET pinboard, to be submitted for publication.

[11] Vlad M., Spineanu F., Hidden drifts in turbulence, JET pinboard, to be submitted for publication.

[12] M. Vlad, F. Spineanu, Randon and quasi-coherent aspects in particle motion and their effects on transport and turbulence evolution, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025014.

[13] Kazakov, Y.O., Ongena, J., Wright, J.C., Wukitch, S.J., Lerche, E., Mantsinen, M.J., Van Eester, D., Craciunescu, T., Kiptily, V.G., Lin, Y., Nocente, M., Nabais, F., Nave, M.F.F., Baranov, Y., Bielecki, J., Bilato, R., Bobkov, V., Crombé, K., Czarnecka, A., Faustin, J.M., Felton, R., Fitzgerald, M., Gallart, D., Giacomelli, L., Golfinopoulos, T., Hubbard, A.E., Jacquet, Ph., Johnson, T., Lennholm, M., Loarer, T., Porkolab, M., Sharapov, S.E., Valcarcel, D., Van Schoor, M., Weisen, H., Marmar, E.S., Baek, S.G., Barnard, H., Bonoli, P., Brunner, D., Candy, J., Canik, J., Churchill, R.M., Cziegler, I., Dekow, G., Delgado-Aparicio, L., Diallo, A., Edlund, E., Ennever, P., Faust, I., Fiore, C., Gao, C., Golfinopoulos, T., Greenwald, M., Hartwig, Z.S., Holland, C., Hubbard, A.E., Hughes, J.W., Hutchinson, I.H., Irby, J., LaBombard, B., Lin, Y., Lipschultz, B., Loarte, A., Mumgaard, R., Parker, R.R., Porkolab, M., Reinke, M.L., Rice, J.E., Scott, S., Shiraiwa, S., Snyder, P., Sorbom, B., Terry, D., Terry, J.L., Theiler, C., Vieira, R., Walk, J.R., Wallace, G.M., White, A., Whyte, D., Wolfe, S.M., Wright, G.M., Wright, J., Wukitch, S.J., Xu, P., Efficient generation of energetic ions in multi-ion plasmas by radio-frequency heating, Nature Physics, (2017) 13 (10), pp. 973-978.

[14] T. Craciunescu, A. Murari, Geodesic distance on Gaussian manifolds for the robust identification of chaotic systems, Nonlinear Dynamics 86—1 (2016) 677–693.

[15] F. Spineanu and M. Vlad, Effect of density changes on tokamak plasma confinement, electronic preprint http://arxiv.org/pdf/1502.06093.pdf (submitted)

[16] A.Murari, T.Craciunescu, E.Peluso, M.Gelfusa, M.Lungaroni, L.Garzotti, D.Frigione, P.Gaudio, How to Assess the Efficiency of Synchronization Experiments in Tokamaks, submitted to Nuclear Fusion.

[17] S.E.Sharapov , T.Hellsten , V.G.Kiptily , T.Craciunescu , J.Eriksson , M.Fitzgerald , J.-B.Girardo , V.Goloborod’ko , C.Hellesen , A.Hjalmarsson , T.Johnson , Y.Kazakov , T.Koskela , M.Mantsinen , I.Monakhov , F.Nabais, M.Nocente, C. Perez von Thun, F.Rimini, M.Santala , M.Schneider , M.Tardocchi, M.Tsalas, V.Yavorskij, V.Zoita, Fusion product studies via fast ion D-D and D- 3He fusion on JET, submitted to Nuclear Fusion.

[18] J.C. Flanagan, M. Sertoli, M. Bacharis, G. F. Matthews, P. C. de Vries,A. Widdowson,I. H. Coffey, G. Arnoux, B. Sieglin, S. Brezinsek,J.W. Coenen, S. Marsen, T. Craciunescu, A. Murari, D. Harting, A. Cackett,E. Hodille, Characterising dust in JET with the newITER-like wall, Plasma Phys. Control. Fusion 57 (2015) 014037 (11pp), doi:10.1088/0741-3335/57/1/014037.

[19] T. Craciunescu, A. Murari, M. Gelfusa, I. Tiseanu, V. Zoita, Overview of image processing tools to extract physical information from JET videos, Plasma Phys. Control. Fusion 56 (2014) 114006 (13pp), doi:10.1088/0741-3335/56/11/114006.

[20] T. Craciunescu, A. Murari, B. Sieglin, G. Matthews, An original method for spot detection and analysis for large surveys of videos in JET , IEEE Trans. Plasma Sci. 42 (2014) 1358–66, doi: 10.1109/TPS.2014.2311463.

[21] F. Spineanu, M. Vlad, On the late phase of relaxation of two-dimensional fluids: turbulence of unitons, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025004.

[22] F. Spineanu, M. Vlad, A MHD invariant with effects on the confinement regimes in Tokamak, Nuclear Fusion 56 (2016) 092005

Conferinte

[1] Yevgen Kazakov1, J. Ongena, D. Van Eester, R. Bilato, T. Craciunescu, R. Dumont, V. Kiptily, E. Lerche, M. Mantsinen, A. Messiaen, M. Nocente, S. Sharapov, J. Wright, S. Wukitch, Applications of Three-Ion ICRF Scenarios for Full-Field ITER Operation, Theory of fusion plasmas - Joint Varenna-Lausanne International Workshop, Varenna, Italy, Villa Monastero, Varenna, Italy August 29 – September 2, 2016.

[2] Y. Kazakov ,S. Wukitch, J. Wright, E. Edlund, Y. Lin, M. Porkolab, E.F. Jaeger, J. Ongena, E. Lerche, D. Van Eester, M. Nocente, V. Kiptily, T. Craciunescu, S. Sharapov, Y. Baranov, J. Bielecki, R. Bilato, V. Bobkov, A. Cardinali, C. Castaldo, K. Crombé, A. Czarnecka, R. Dumont, P. Dumortier, F. Durodie, J. Eriksson, J. Faustin, M. Fitzgerald, D. Gallart, L. Giacomelli, J. Graves, Ph. Jacquet, N. Krawczy, M. Lennholm, T. Loarer, M. Mantsinen, A. Messiaen, I. Monakhov, F. Nave, T. Johnson, D. Valcarcel, H. Weisen, M. Schneider, Plasma heating and generation of energetic ions with novel three-ion ICRF scenarios on Alcator C-Mod and JET tokamak facilities, 58th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, San Jose, California, USA October 31 - November 4, 2016.

[3] S.E.Sharapov, T.Hellsten, V.G.Kiptily, T.Craciunescu, J.Eriksson, M.Fitzgerald, J.-B.Girardo, V.Goloborod’ko6, A.Hjalmarsson, A.S.Jacobsen, T.Johnson, Y.Kazakov, T.Koskela, M.Mantsinen, I.Monakhov, F.Nabais, M.Nocente, C. Perez von Thun, F.Rimini, M.Salewski, M.Santala, M.Schneider, M.Tardocchi, M.Tsalas, V.Yavorskij, V.Zoita, Fast Ion D-D and D-3He Fusion on JET, , Fourteenth IAEA Technical Meeting (TM) on Energetic Particles in Magnetic Confinement Systems, 01 - 04 Septermber, 2015 IAEA Headquarters, Vienna, Austria

[4] F. Spineanu and M. Vlad, Balance of magnetic stochasticity and plasma rotation with effect on instabilities, 597th Wilhelm and Else Heraeus Seminar on “Stochasticity in fusion plasmas”, September 10-12, 2015, Bad Honnef, Germany

[5] M. Vlad and F. Spineanu, Stochastic and quasi-coherent aspects in test particle statistics and their effects on turbulence evolution, 597th Wilhelm and Else Heraeus Seminar on “Stochasticity in fusion plasmas”, September 10-12, 2015, Bad Honnef, Germany.

[6] T. Craciunescu, A. Murari, M. Gelfusa, I. Tiseanu, V. Zoita, Advanced Methods for Image Registration Applied to JET Videos, 28th Symposium on Fusion Technology (SOFT 2014), San Sebastián, Spain, from 29 Sept.- 3rd Oct. 2014.

Persoane de contact: T. Craciunescu (teddy.craciunescu@gmail.com), M. Vlad (madalina.olimpia.vlad@gmail.com), F. Spineanu (florin.spineanu@gmail.com), E. Grigore (edigrig@infim.ro), C. Ruset (ruset@infim.ro).

Determinarea emisivitatii la 4 µm a probelor de CFC acoperite cu straturi de W

Emisivitatea este raportul dintre intensitatea radiatiei emisa de suprafata de interes si cea data de corpul negru dupa extragerea fondului, cand ambele sunt la aceeasi temperatura. Utilizarea unei valori adecvate a acestei marimi este foarte importanta pentru masurarea corecta de catre sistemele de diagnoza a temperaturii primului perete in cazul echipamentelor de fuziune. In cadrul proiectului a fost elaborat un concept si a fost construit un experiment privind determinarea emisivitatii depunerilor de wolfram prin experimente realizate in afara reactorului. Deoarece peretele de tip ITER (ILW) de la JET contine aproxinativ 1300 de placi de CFC (Carbon Fiber Composite) acoperite cu straturi de W de 10 m si 20 m determinarea emisivitatii pentru aceste straturi este importanta pentru interpretarea rezultatelor asociate cu temperatura suprafetelor obtinute in timpul campaniilor JET.

Obiective:

Determinarea emisivitatii la 4 µm a straturilor de W depuse pe substrat de CFC (Carbon Fibre Composite)

Etape si activitati:

In cadrul proiectului au fost prevazute urmatoarele activitati:

Parteneri externi: JET Culham Science Center, Marea Britanie

Rezultate obtinute:

In cadrul proiectului a fost realizat, intr-o prima faza montajul experimental de masurare a emisivitatii la 4 µm. Montajul experimental a inclus atat sistemul optic de achizitie a radiatiei emise cat si partea mecanica necesara deplasarii opticii de masura. Pentru masurarea intensitatii radiatiei emise s-a utilizat un detector IR (PDA10JT HgCdTe) racit la -30 0C furnizat de firma Thorlabs. Optica de infra-rosu a inclus pe langa detector, o lentila din CaF2, un filtru pentru lungimea de unda 4 ± 0.25 μm, sistemul de focalizare, un chopper si fereastra de safir (ø65x5 mm). Sistemul optic a fost montat pe un suport care la randul lui a fost fixat pe o masuta X-Y comandata de doua motoare pas cu pas. Experimentele au vizat in principal determinarea emisivitatii straturilor de W de 10 µm si 20 µm depuse pe elemente din CFC (Carbron Fibre Composite) si FGG (Fine Grain Grafite). Inregistrarea semnalului de la detectorul IR precum si comanda motoarelor pas cu pas au fost integrate intr-o aplicatie MATLAB dezvoltata special pentru masurarea emisivitatii. Determinarile de emisivitate s-au facut intr-o plaja de temperatura cuprinsa intre 4000 C si 12000 C.

In cazul experimentelor nu s-a constatat o influenta semnificativa a temperaturii asupra valorilor emisivitatii, insa emisivitatea straturilor de W depuse pe CFC este influentata semnificativ de structura poroasa a CFC-ului, fapt care conduce la o dispersie mare a valorilor. Acest fenomen nu apare in cazul stratului de W depus pe proba de grafit cu graunti fini. In cazul straturilor de W de 10 µm depuse pe CFC valorile de emisivitate masurate la 700 0C au indicat valori de 0.1,8 in timp ce straturile de 20 µm au indicat valori de 0.23. In cazul straturilor de W de 10 µm depuse pe FGG emisivitatea, la aceeasi temperatura (700 0C), a fost de 0.147. Pentru W masiv emisivitatea a fost de 0.10 iar pentru Be, emisivitatea la aceeasi temperatura a fost de 0.28.

Persoane de contact:

E. Grigore (edigrig@infim.ro), C. Ruset (ruset@infim.ro).

Contributii la intelegerea comportarii specifice a plasmei JET in conditiile determinate de noul perete ILW si dezvoltarea de metode de analiza si interpretare a datelor experimentale

Scopul general al proiectului este sa aduca o contributie la intelegerea comportarii diferite a plasmei JET dupa instalarea peretelui de tip ITER si sa dezvolte metode de analiza si de interpretare a experimentelor. Proiectul abordeaza doua aspecte importante: acumularea impuritatilor de W in plasma si tehnici de atenuare a modurilor localizate la marginea plasmei (ELM).

Obiective:

  1. Analiza detaliata a transportului impuritatilor grele in plasma turbulenta
    Noutatea abordarii consta in includerea unui concept nou: drifturile ascunse. Importanta mecanismului de transport produs de drifturile ascunse va fi evaluata in cadrul unui model complex care include driftul de polarizare, ciocnirile ionilor, miscarea lor paralela si rotatia plasmei. Scopul acestor cercetari este determinarea regimurilor de transport ale impuritatilor de W in modurile L si H (confinare slaba si inalta) si identificarea mecanismelor de impiedicare a acumularii lor in centrul plasmei. Se va dezvolta un cod pentru determinarea coeficientilor de transport in functie de caracteristicile turbulentei. Acesta va deveni un instrument de analiza a datelor experimentale.
  2. Determinarea relatiilor cauzale in analiza seriilor temporale
    Aceasta este o problema dificila mai ales in cazul sistemelor complexe neliniare afectate de un nivel semnificativ de zgomot. O noua abordare pentru analiza acestui tip de sisteme este propusa in cadrul proiectului. Ea se bazeaza pe un nou concept de distanta din geometria informationala. Metode bazate pe i) analiza topologica a recurentelor, un instrument puternic pentru studiul proprietatilor sistemelor complexe si eventual haotice, ii) functia de verosimilitate a sincrinizarii proceselor si iii) inferenta relatiilor cauzale pe baza modelelor cu ecuatii structurale vor fi de asemenea dezvoltate in cadrul proiectului pentru analiza seriilor temporale experimentale de la JET.

Etape si activitati:

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Rezultate obtinute:

Primul stadiu al Obiectivului 1 consta din evaluarea efectelor driftului de polarizare. A fost dezvoltat un model complex care include driftul ExB cu o descriere realista a spectrului turbulentei, miscarea paralela, viteza diamagnetica si drifturile magnetice. Am dezvoltat un cod Fortran bazat metoda semi-analitica DTM in varianta rapida pentru determinarea proprietatilor transportului turbulent al impuritatilor grele. Am aratat ca driftul de polarizare determina efecte neliniare complexe care constau intr-o crestere semnificativa a coeficientului de difuzie (pana la dublare) si in generarea unui drift mediu radial. Conditia pentru aparitia acestor efecte este existenta capturii vorticale a triectoriilor care este specifica transportului neliniar. In cazul transportului cuasi-liniar, influenta driftului de polarizare este neglijabila chiar si pentru ioni cu mase foarte mari cum este W. Importantei driftului de polarizare pentru transportul ionilor W este determinata de tipul de transport. Am dezvoltat un studiu complex care are ca scop intelegerea acestei probleme fundamentale [2]. Primele rezultate arata ca evolutia turbulentei de drift poate conduce la ambele tipuri de transport in functie de valoarea parametrului ce apare in rata de crestere.

Determinarea proprietatilor seriilor temporale si eventuala identificare a caracterului lor haotic se poate face prin diverse metode care implica definirea si utilizarea unei distante. Metrica adoptata poate avea o influenta semnificativa asupra rezultatelor, in special in cazul in care datele experimentale sunt afectate de zgomot. A fost propusa adoptarea unei metrici care a fost dezvoltata special pentru tratarea datelor experimentale afectate de zgomot Guassian, anume distanta geodesica pe varietati Gaussiene (DGVG). O serie cuprinzatoare de teste numerice prezentate aici dovedesc faptul ca utilizarea DGVG produce rezultate superioare cazului in care se foloseste distanta Euclidiana (abordarea uzuala in majoritatea aplicatiilor). Rezultatele sunt importante pentru analiza seriilor temporale masurate in tokamak in vederea determinarii sincronizarii unor evenimente precum injectarea de pellet-uri pentru controlul instabilitatilor ELM sau controlul fenimenelor de relaxare de tip sawtooth prin modularea ICRH.

Doua metode de analiza a sincronizarii seriilor temporale – metoda diagramelor de recurenta (Recurrence Plots (RP)) si metoda similitudinii sincronizarii (Synchronisation Likelihood (SL)) – in combinatie cu o metrica care a fost dezvoltata special pentru tratarea datelor experimentale afectate de zgomot Guassian, anume distanta geodesica pe varietati Gaussiene (DGVG), au fost utilizate pentru determinarea relatiilor cauzale intre serii temporale relevante pentru diagnostic plasmei la JET. Aplicarea metricii DGVG, in combinatie cu diagramele de recurenta s-a dovedit extrem de utila pentru analiza unor cazuri in care zgomotul in datele experimentale a atins un nivel semnificativ.

Semnalele Dα signals indicand apartitia instabilitatilor de tip ELM (sus) si Semnalele Dα indicand injectia unui pellet de deuteriu in plasma.

Diagramele de recurenta pentru un experiment dedicate controlarii instabilitatii de tip sawtooth prin modularea ICRH (stanga) si dedicate unui experiment de control al instabilitatilor de tip ELM prin injectia de pellet-uri (dreapta).

In instalatiile tokamak cu perete metallic metoda de incalzirea unei monoritati a ionilor de baza (ICRH – Ion Cyclotron Radiation Heating).joaca un rol foarte important. Una din aplicatiile recente de la JET este legata de controlul instabilitatilor de tip sawtooth prin modulatia ICRH, evitandu-se astfel aparitia ulterioara a unor instabilitati mult mai periculoase, anume NTM (Neoclassical Tearing Modes), si acumularea inerenta de impuritati. O dificultate majora a acestui tip de experiment este legata de evaluarea eficientei de sincronizare si a mecanismelor fizice aflate la baza acestor procese. A fost dezvoltata o metoda de analiza a sincronizarii seriilor temporale ce descriu evolutia instabilitailor de tip sawtooth si respective ICRH pornind de la principiul vecinatatii spatiale a punctelor temporal successive din spatial fazelor, pentru procese legate causal. Aplicarea metodei pe date experimentale provenite de la JET, si comparatia cu alte doua metode, bazate pe principii diferite, arata ca metoda este capabila sa furnieze rezultate robuste.

Publicatii:

Articole:

[1] F. Spineanu, M. Vlad, On the late phase of relaxation of two-dimensional fluids: turbulence of unitons, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025004.

[2] Vlad M, Spineanu F, Randon and quasi-coherent aspects in particle motion and their effects on transport and turbulence evolution, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025014.

[3] Croitoru A. M., Effects of magnetic drifts on ion transport in tokamak turbulent plasmas, Romanian Journal of Physics, submitted 2017.

[4] Vlad M., Spineanu F., Combined effects of hidden and polarization drifts on inpurity transport in tokamak plasmas, JET pinboard, to be submitted for publication.

[5] Vlad M., Spineanu F., Hidden drifts in turbulence, JET pinboard, to be submitted for publication.

[6] M. Vlad, F. Spineanu, Randon and quasi-coherent aspects in particle motion and their effects on transport and turbulence evolution, Focus on Turbulence in Astrophysical and Laboratory Plasmas, New Journal of Physics 19 (2017) 025014.

[7] Craciunescu, T.; Murari, A.; Gelfusa, M. Improving Entropy Estimates of Complex Network Topology for the Characterization of Coupling in Dynamical Systems. Entropy 2018, 20, 891.

[8] Murari, A., Craciunescu, T., Peluso, E., Lerche, E., Gelfusa, M., On efficiency and interpretation of sawteeth pacing with on-axis ICRH modulation in JET, (2017) Nuclear Fusion, 57 (12), art. no. 126057.

[9] T. Craciunescu, A. Murari, Geodesic distance on Gaussian manifolds for the robust identification of chaotic systems, Nonlinear Dynamics 86—1 (2016) 677–693.

[10] Murari, A., Craciunescu, T., Peluso, E., Lerche, E., Gelfusa, M.,On efficiency and interpretation of sawteeth pacing with on-axis ICRH modulation in JET, Nuclear fusion (2017) 57 (12), art. no. 126057.

[11] Craciunescu, T., Murari, A., Peluso, E., Gelfusa, M., Lungaroni, M., Gaudio, P., Complex networks for the analysis of the synchronization of time series relevant for plasma fusion diagnostics, DOI: 10.1109/ECCTD.2017.8093302 (2017) art. no. 8093302.

[12] Murari, A., Craciunescu, T., Peluso, E., Gelfusa, M., Detection of causal relations in time series affected by noise in tokamaks using geodesic distance on gaussian manifolds, Entropy, (2017) 19 (10), art. no. 569.

[13] Murari, A., Craciunescu, T., Peluso, E., Gelfusa, M., Lungaroni, M., Garzotti, L., Frigione, D., Gaudio, P., How to assess the efficiency of synchronization experiments in tokamaks, Nuclear Fusion, (2016) 56 (7), art. no. 076008.

Conferinte:

[1] M. Vlad, F. Spineanu, Hidden drifts and turbulence evolution, Collisionless Boltzmann (Vlasov) equation and modeling of self-gravitating systems and plasmas, CIRM, Luminy, October 30 – Novemver 3, 2017.

[2] M. Vlad, F. Spineanu, Quasi-coherent aspects in turbulent transport, Europhysics Conference on Statistical Physics (SigmaPhi2017), Corfu, Greece, 10-15 July 2017

[3] F. Spineanu, M. Vlad, Singular states of the 2D Euler fluid and of the density of eigenvalues of random matrices, Collisionless Boltzmann (Vlasov) equation and modeling of self-gravitating systems and plasmas, CIRM, Luminy October 30 – Novemver 3, 2017

[4] F. Spineanu, M. Vlad, Clusters of helicity and stochastic linking number generation in plasma, Europhysics Conference on Statistical Physics (SigmaPhi2017), Corfu, Greece, 10-15 July 2017

[5] F. Spineanu, M. Vlad, A. Croitoru, Formation of an Internal Transport Barrier due to neutral beam injection during current ramp-up in tokamak, 17th International Conference on Plasma Physics and Applications, Magurele, Romania, 15-20 June, 2017.

[6] A. Croitoru, F. Spineanu, M. Vlad, On secondary contributions to the formation of an internal transport barrier, Computational Plasma Physics Conference, 20-22 November 2017, York, UK

[7] A. Croitoru, Transport of cold ions in tokamak microturbulence, 17th International Conference on Plasma Physics and Applications, Magurele, Romania, 15-20 June, 2017

[8] T. Craciunescu, E. Peluso, A. Murari, M. Gelfusa, A New Approach to Bolometric Tomography in Tokamaks, 2018 International Symposium on Circuits and Systems, 27-30 May 2018, Florence, Italy.

[9] T. Craciunescu, V. Kiptily, A. Murari, A. Fernandes, J. Bielcki, Gamma-ray Imaging of Fusion Plasmas, ICFDT5 - 5th International Conference on Frontier in Diagnostic Technologies, 3-5 October 2018, Frascati, Italy.

[10] T. Craciunescu, E. Peluso, A. Murari, M. Gelfusa, Maximum Likelihood Tomographic Method for the Analysis of Bolometric Measurements on JET, 30th edition of the Symposium on Fusion Technology (SOFT 2018), 16-21 Sept 2018, Giardini-Naxos, Italy.

[11] S. Nowak, O. Sauter, D. Yadykin, E. Alessi, D. Brunetti, A. Czarnecka, V. Fusco, G. Miron, et al, Analysis and modelling of NTMs dynamics in JET discharges using the European Transport Simulator (ETS) and integrated modelling tools, TH/P6-26, 27th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2018), 22–27 October 2018, Gandhinagar, India

[12] Craciunescu, Murari, A., T., Peluso, E., Lerche, E., Gelfusa, M., Complex networks for the analysis of the synchronization of time series relevant for plasma fusion diagnostics, European Conference on Circuit Theory and Design, Special Session dedicated to Nuclear fusion Applications, Sept. 4-6, 2017, Catania, Italy.

Persoane de contact:

T. Craciunescu (teddy.craciunescu@gmail.com), M. Vlad (madalina.olimpia.vlad@gmail.com), F. Spineanu (florin.spineanu@gmail.com).