Nell'ambito del progetto dell'esperimento ITER si è affrontato il problema della ricostruzione dell'andamento spaziale delle correnti di Halo sulla base delle misure ottenute con sensori collocati sui moduli del mantello del reattore. In seguito di instabilità o disruzioni, il plasma perturbato può venire a contatto con la prima parete di ITER provocando delle correnti (dette di Halo) che interessano i moduli del mantello e la struttura della camera da vuoto del reattore. Contrariamente a quanto si aveva tipicamente nelle macchine sperimentate finora, in ITER non vi è una netta separazione elettrica tra i settori che compongono la camera da vuoto, per cui ci si aspetta di avere correnti di Halo con una componente non trascurabile in direzione toroidale . L'interazione tra le correnti di Halo e il campo magnetico producono degli sforzi meccanici sulla struttura stessa. Così si rende necessario avere una stima sulla distribuzione spaziale della densità di corrente di Halo iniettata. La pertubazione del plasma può essere vista come somma di uno o più modi MHD instabili. L'andamento della densità di corrente iniettata sulla prima parete dipende in modo non lineare dalle ampiezze e dalle fasi dei vari modi MHD che generano la perturbazione. Ogni modulo del mantello convoglia parte della corrente di Halo. Soltanto alcuni moduli del mantello di ITER saranno forniti di sensori di Rogowski per la misura delle correnti di Halo, così che il valore della corrente iniettata nei moduli privi di misura dovrà essere stimata. Dai valori delle correnti di Halo (misurati e stimati) sarà poi possibile ricostruire l'andamento complessivo della densità di corrente. A tal scopo si è sviluppato un algoritmo capace di riconoscere l'andamento spaziale della corrente di Halo a partire da un numero limitato delle misure e ragionevoli ipotesi sulla struttura armonica spaziale delle perturbazioni di plasma. Per verificare il funzionamento dell'algoritmo, si è sviluppato anche un modello 3D capace di simulare (calcolare) l'andamento spaziale della corrente di Halo nel caso di un Tokamak con parete a sezione circolare, producendo un set di misure virtuali Si ritiene che l'algoritmo implementato sia facilmente applicabile al caso di Tokamak con pareti a sezione di qualsiasi forma, in particolare nel caso specifico di ITER. A seguito di queste simulazioni preliminari, si sta realizzando il modello 3D per il calcolo delle correnti di Halo in ITER, in modo da avere valutazioni più realistiche sia dell'andamento delle correnti di halo sia degli effetti che questa può produrre.

Sviluppo di sensori di campo magnetico per il controllo dell'equilibrio e di metodi per la modellazione delle correnti di halo nell'esperimento ITER

CHITARIN, GIUSEPPE;ALESSI, EDOARDO;GALLO, ANTONIO;
2008

Abstract

Nell'ambito del progetto dell'esperimento ITER si è affrontato il problema della ricostruzione dell'andamento spaziale delle correnti di Halo sulla base delle misure ottenute con sensori collocati sui moduli del mantello del reattore. In seguito di instabilità o disruzioni, il plasma perturbato può venire a contatto con la prima parete di ITER provocando delle correnti (dette di Halo) che interessano i moduli del mantello e la struttura della camera da vuoto del reattore. Contrariamente a quanto si aveva tipicamente nelle macchine sperimentate finora, in ITER non vi è una netta separazione elettrica tra i settori che compongono la camera da vuoto, per cui ci si aspetta di avere correnti di Halo con una componente non trascurabile in direzione toroidale . L'interazione tra le correnti di Halo e il campo magnetico producono degli sforzi meccanici sulla struttura stessa. Così si rende necessario avere una stima sulla distribuzione spaziale della densità di corrente di Halo iniettata. La pertubazione del plasma può essere vista come somma di uno o più modi MHD instabili. L'andamento della densità di corrente iniettata sulla prima parete dipende in modo non lineare dalle ampiezze e dalle fasi dei vari modi MHD che generano la perturbazione. Ogni modulo del mantello convoglia parte della corrente di Halo. Soltanto alcuni moduli del mantello di ITER saranno forniti di sensori di Rogowski per la misura delle correnti di Halo, così che il valore della corrente iniettata nei moduli privi di misura dovrà essere stimata. Dai valori delle correnti di Halo (misurati e stimati) sarà poi possibile ricostruire l'andamento complessivo della densità di corrente. A tal scopo si è sviluppato un algoritmo capace di riconoscere l'andamento spaziale della corrente di Halo a partire da un numero limitato delle misure e ragionevoli ipotesi sulla struttura armonica spaziale delle perturbazioni di plasma. Per verificare il funzionamento dell'algoritmo, si è sviluppato anche un modello 3D capace di simulare (calcolare) l'andamento spaziale della corrente di Halo nel caso di un Tokamak con parete a sezione circolare, producendo un set di misure virtuali Si ritiene che l'algoritmo implementato sia facilmente applicabile al caso di Tokamak con pareti a sezione di qualsiasi forma, in particolare nel caso specifico di ITER. A seguito di queste simulazioni preliminari, si sta realizzando il modello 3D per il calcolo delle correnti di Halo in ITER, in modo da avere valutazioni più realistiche sia dell'andamento delle correnti di halo sia degli effetti che questa può produrre.
Atti della XXIV Riunione Annuale dei Ricercatori di Elettrotecnica, Pavia, Giugno 2005
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