Tokamak COMPASS dosáhl režimu s vysokým udržením plazmatu

Foto: Luděk Svoboda, Akademický bulletin

„Jeho dosažení bylo jednou z podmínek Evropského společenství pro atomovou energii (EURATOM), když byl tokamak COMPASS přepravován v roce 2009 do České republiky, tj. že bude fungovat jako jedno z pracovišť, které provozují zařízení geometricky podobné tokamaku ITER,“ uvedl na tiskové konferenci 13. března 2013 ředitel ÚFP Petr Křenek. Pro termonukleární reaktor ITER, jež by se měl stát předstupněm ke komerčnímu využití termonukleární fúze v energetice, bude H-mod standardním režimem provozu coby podmínka dosažení předpokládaného termojaderného výkonu 500–700 MW. „V České republice má výzkum termojaderné fúze dlouholetou tradici; koordinuje jej náš ústav, který se v roce 1999 připojil ke společenství EURATOM. Účastníme se experimentů na tokamaku JET ve Velké Británii i vlastního experimentu na tokamak COMPASS, který český výzkum posunul na světovou úroveň,“ vyzdvihl vedoucí oddělení tokamaku Radomír Pánek.
Tokamak COMPASS zvládá fyzikální plazma o teplotách kolem dvaceti milionů kelvinů po dobu několika desetin sekundy. Magnetická konfigurace plazmatu je v něm podobná konfiguraci plazmatu v mezinárodním experimentu ITER, který má být přibližně desetkrát větší. Zvládnutím H-modu tak může tokamak COMPASS přispívat k podobnostním studiím procesů ve fúzním plazmatu, a to zejména v návaznosti na špičkové tokamaky s konfigurací podobnou experimentu ITER, k nimž patří tokamaky ASDEX-U a JET.
Badatelé z ÚFP dosáhli režimu s vysokým udržením plazmatu poprvé během ohřevu plazmatu svazkem atomů, který do plazmatu dodával výkon 210 kW. Vhodnou konfigurací magnetického pole se po deseti milisekundách od začátku ohřevu objevil náhlý silný pokles světelného záření plazmatu, zatímco magnetická měření obsahu tepelné energie plazmatu i mikrovlnná měření hustoty plazmatu ukázala nárůst hodnot. Údaje prokázaly, že nastal očekáváný H-mod. Druhý den byl H-mod dosažen i bez použití ohřevu svazkem atomů; od té doby se jej podařilo detailně proměřit prostřednictvím několika desítek úspěšných experimentů. Vědci pozorovali i vznik tzv. okrajových nestabilit, které odborníci znají jako ELM (Edge Localised Mode – mód lokalizovaný na okraj), ty jsou průvodním jevem H-modu.
Tokamak COMPASS je vybaven i přístroji k proměřování vlastností okraje plazmatu. Právě zde přitom během přechodu do H-modu spontánně vzniká takzvaná transportní bariéra, jež je příčinou pozorovaného zlepšeného udržení. Bariéra výrazně zpomaluje únik částic z plazmatu, čímž vede k rychlému nárůstu tlaku plazmatu od okraje směrem dovnitř. Dodnes přitom nejsou jasné detaily fyzikálních procesů, které se při vzniku transportní bariéry dějí. Proto je důležité, že tokamak COMPASS umí tuto oblast nejen vytvořit, ale pomocí mnoha systémů měření i přesně charakterizovat. V propojení s počítačovými simulacemi se tak českým i zahraničním vědcům a studentům otevírá možnost těmto procesům lépe porozumět. Z hlediska provozu budoucích fúzních reaktorů je tato znalost klíčová, aby bylo možné během výroby energie co nejlépe ovládat tok výkonu z plazmatu, ohřev plazmatu a nakonec i stabilitu jeho okraje.
lsd