Transzportmérések plazmaeróziós injektálási módszerekkel

A lézeres injektálási módszeren kívül egy további egyszerű mód­

szer is kínálkozik plazmaidegen atomoknak a plazmába juttatásá­

ra. Ez az eróziós szonda módszere. Ha a plazmába a gyűjtőszondá­

hoz hasonló méretű lemezkét nyújtunk, amely a plazmába injektá­

landó anyagból készült, a plazma ezt a lemezkét „marni” kezdi, és a lemart anyag a plazmába kerül. Ez természetesen csak akkor igaz, ha a lemezke túlnyúlik a limiterárnyékon, azaz a lemezke maga is mint limiter kezd dolgozni. Akkor ugyanis a plazma megfe­

lelő teljesítményt szabadít fel az eróziós szonda felületén, amely teljesítmény a limiterárnyékban még nem áll rendelkezésre.

További finomítása a technikának, ha az eróziós szonda két egymástól elszigetelt lemezből áll, teljesen hasonlóan a gyüjtőszon- da konstrukciójához, és ezen lemezekre a tokárnak kisülés megha­

tározott időpontjában feszültséget kapcsolunk, amely feszültséget egy feltöltött kondenzátor szolgáltatja. A feszültség rákapcsolása után a meginduló nagy áramsűrűségnek és a plazma ionbombázá­

sának hatására a szonda anyagának egy része elporlik, és a plazmá­

ba kerül; míg az áram maga a kondenzátor kisülése után megszű­

nik. így tehát a tokárnak plazmaimpulzus bármely időpontjában, gyakorlatilag bármilyen anyagot, mennyiségileg elég széles határok között lehet a tokamakba bejuttatni. A módszer hátránya, hogy a porlódásnál nem teljesen ismeretes a részecskék sebesség és irány szerinti eloszlása. Mindazon esetben, amikor ezen paraméterek a mérés szempontjából fontosak, lézergyorsított atomcsomagnyalá- bot, termikus nyalábot vagy gyorsítóval előállított nyalábot kell használni.

Az eróziós szonda módszere azonban a gyűjtőszonda módszeré­

vel kombinálva kiválóan alkalmas részecsketranszport-vizsgála- tokra. Egy ilyen mérési elrendezést m utat az 5.8. ábra az MT-1 tokamakon. A gyűjtőszonda az eddig leírtaknak megfelelő volt. A gyüjtőszonda felületének analízisét nukleáris analitikai módszerek­

kel végeztük.

69

Néhány mérési eredményt mutat az 5.9. ábra. Látható, hogy az ezen módszerrel bejuttatott újabb anyag sűrűsége, mint például a platináé is, a többi anyaghoz hasonlóan, körülbelül ugyanazzal az exponenssel cseng le a SOL-ban, tehát a keresztdiffúziós koefficiens is hasonló, ha a párhuzamos sebességre feltesszük, hogy a többi atom párhuzamos sebességével megegyezik. Az 5.9. ábrán a platina mellett a plazma „saját” szennyező atomjainak, a vasnak, amely a vákuumkamra falának anyaga, és a molibdénnek, amely a limiter anyaga, fluxusprofilja is ábrázolva van. A háromszöggel jelölt pontok az elektronoldalra vonatkozó kísérletileg kapott pontok, míg a körök az ionoldalra kapott értékek. A folytonos vonallal kihúzott egyenesek a A = 11 mm lecsengési hossznak megfelelő exponenciális függvénynek felelnek meg, és csak az összehasonlítás kedvéért vannak berajzolva. Az a jelű és a b jelű ábra abban különbözik egymástól, hogy míg az a jelű ábrán a mágneses tér iránya megegyezik az áram irányával, a b jelű ábrán ellentétes.

A plazma „saját” szennyezői esetén, a vasnál és a molibdénnél a plazma szélén, tehát nagy rádiuszoknál egyre kifejezettebb aszim­

metria lép fel az ionoldal és az elektronoldal között, míg ugyanez az aszimmetria platina esetén nem jellemző. További érdekesség, hogy az áram irányváltása esetén az aszimmetria is „irányt vált” . Azaz míg megegyező mágneses tér és áramirány esetén az elektron­

oldal „tér el az egyenestől felfelé”, azaz az elektronoldal a nagyobb rádiuszoknál viszonylag többet gyűjt, mint ami az exponenciális lecsengésből következne, addig ellentétes áram és mágneses tér esetén az ionoldal gyűjt viszonylag többet. Ez pedig azt jelenti, hogy geometriailag mindig ugyanabból az irányból gyűjt többet a szonda, akár elektronoldal, akár ionoldal az az irány pillanatnyi­

lag. Tehát a szondának ezen oldalán egy lokális szennyezésforrás van, amely a plazmából való effúzió exponenciális lecsengését a maga lokális járulékával eltorzítja.

Ez a jelenség hátrány, ha az effúziót szeretnénk tanulmányozni, azonban bizonyos mértékig előny is, hiszen ennek alapján a gyűjtő­

szondával a lokális forrásokat is látni lehet, és el lehet választani az effúziót a ,,reciklálás”-tól, azaz attól a jelenségtől, amikor a falra adszorbeált anyag a plazma hatására újra a plazmába kerül.

Erre m utat egy szép példát az 5.10. ábra, amelyen a plazma­

ionok, a lézerinjektált nátriumatomok és az előző kisülésben eróziós szondával a plazmába injektált lítiumatomok fluxusprofilját lát­

hatjuk, szintén szemilogaritmikus ábrázolásban. Míg a

plazma-5.8. ábra. Gyűjtőlemezes részecsketranszport-vizsgálat geometriája a tokamakra felülnézetben (toroidális geometria) és a tóruszba benézve (poloidális geometria)

oE

<

a) bl

5.9. ábra. Időintegrált atomfluxusprofilok a plazma határrétegében, különböző atomok és a toroidális mágneses tér (Bt) és a plazmaáram ( J t) egymáshoz viszo­

nyított irányainak függvényében (A a fluxus térbeli csökkenésének exponense)

ionok és a nátriumatomok esetén a szokásos exponenciális lecsengést lehet megfigyelni, növekvő plazmarádiusz mellett, addig a lítium­

atomok fluxusa ellenkezőleg, növekvő rádiusszal nő, mutatván, 71

5.10. ábra. Időintegrált ionfluxusprofilok különböző atomokra, valamint a telítési ionáram (,/* ,) profilja

hogy az atomok „forrása” a falon van, ahová az előző kisülésben, amikor a lítiumatomok injekciója történt, a tokamakplazma ezeket lerakta.

Az eróziós szonda módszere, kombinálva a gyűjtőszonda mód­

szerével tehát lehetővé teszi olyan anyagok plazmában való transz­

portjának a vizsgálatát is, amelyek lézergyorsította atomcsomag- nyaláb-módszerrel nehezen volnának a plazmába juttathatóak.

Ugyanakkor ez a módszer igen egyszerű. Azonban mindazon ese­

tekben nem használható, amikor a részecskék sebességeloszlásának ismerete szükséges.

6. A transzport és a plazmadiszrupciók vizsgálata