Nyalábemissziós Spektroszkópia Kutatócsoport
Osztály
Plazmafizikai Osztály

Csoportvezető: Dunai Dániel

Csoport weboldala: wigner.mta.hu/nyalabemisszios_spektroszkopia

A kutatócsoport tagjai a szabályozott magfúziós kísérletekben vesznek részt, ami az emberiség egyik legnagyobb vállalkozása egy új hosszútávon fenntartható, energiatermelési technológia megteremtésére, ami üvegházhatású gázokat sem bocsát ki. Kutatási munkáink túlnyomó többsége az EUROfusion konzorcium keretei között zajlik, ami az Európai Unió fúziós kutatási tevékenységeit szervezi és irányítja. Magyarországon a Wigner FK a kormány által delegált nemzeti résztvevő a konzorciumban. Kutatócsoportunk házon belüli kísérleti fejlesztési alkalmazásával tervez, gyárt és installál csúcstechnológiájú mérőrendszereket a vezető fúziós nagyberendezésekhez az EU-ban és világ szerte: JET(EU), MAST(UK), ASDEX Upgrade(DE), Wendelstein 7-X(DE), KSTAR(KO), EAST(CN), JT60-SA(JP), COMPASS (CZ). Mérőberendezéseinken keresztül lehetőségünk van bekapcsolódni a nemzetközi tudományos munkába és saját tudományos kutatási programunkkal pályázhatunk a nagyberendezések kísérleti idejére. A mérések eredményeit és az azokhoz kötődő fizikai eredményeket a szakterület vezető újságjaiban publikáljuk. A sikeres tudományos projektekben való részvétel nem csak jó referenciát jelent, hanem a személyes kapcsolatok nagyobb esélyt adnak ipari partnereinknek (pl. Optimal Optik Kft, OMI Optika, Evopro, C3D, stb. ) közvetlen szerződéses alapon a fejlesztésekbe való részvételre. A jövő lehetséges technológiáinak kutatási és fejlesztési vérkeringésébe történő bekapcsolása tartós előnyökhöz juttathatja Magyarországot. A hazai kutatásokat is részben a Eurofusion konzorcium és az ITER európai ügynöksége (F4E) finanszírozza.

A kutatócsoport tagjai különböző területeken dolgozó nemzetközileg elismert kutatók. Ezen területekből mutatunk példákat a következő bekezdésekben. 

Nyalábemissziós spektroszkópia diagnosztika mérések 

Számos megépített mérőrendszerünk alapdiagnosztikának számít a mágneses összetartású fúziós nagyberendezéseken (Wendelstein 7-X, MAST, EAST, KSTAR, COMPASS). Az egyedi mérőrendszerek építése és üzemeltetése mellet részt veszünk a berendezések tudományos programjában is. A méréseinkben olyan fizikai folyamatokat vizsgálunk (turbulens árulások, üzemanyag utánpótlás), amelyek meghatározzák a jelenlegi kísérleti berendezések mellett a jövő reaktorainak teljesítőképességét és működési határait. A plazmatechnológia kutatócsoport tagjaival közösen új diagnosztika kifejlesztésében veszünk részt (Töltéskicserélődési spektroszkópia diagnosztika) az ITER berendezéshez, amely a világ jelenleg legnagyobb tudományos összefogása. A korábbi egyedi kutatási eredményeink felhasználásával továbbra is fejlesztjük tudományos és technológiai kompetenciáinkat, hogy hosszú távon is részesei lehessünk a fúziós kutatásoknak. Számos olyan plazmafizikai jelenség leírásához adtunk részletes méréseket, amik a jövőbeni erőművek számára is kritikusan fontosak. Tanulmányoztuk a szélplazma turbulencia viselkedését, annak változásait és kölcsönhatásait a különböző áramlásokkal. Részletesen vizsgáltuk a potenciálisan veszélyes szélplazma instabilitások (ELM) kifejlődését és időbeni lefolyását. 

Pellet-plazma kölcsönhatás vizsgálata

 Az üzemanyag pelletek (fagyasztott hidrogén) plazmába juttatásának elsődleges célja a sűrűség hatékony növelése. Gyorskamerás vizsgálatainkban az abláció során fellépő driftfolyamatokra koncentrálunk, amelyek a pelletről levált anyag (másodlagos pelletfelhő/k) nagysebességű mozgását eredményezik. A felhődrift nagymértékben befolyásolja az üzemanyag-utánpótlás hatékonyságát, ezért kulcsfontosságú egy jövőbeli fúziós erőmű gazdaságossága szempontjából. Az üzemanyag pelletek a plazmaszéli instabilitások (ELM-ek) kiváltására is használhatók, így sorozatos belövésekkel ütemezhetjük, szabályozhatjuk az ELM-eket. Kutatásaink során azt vizsgáljuk, milyen paraméterek befolyásolják a pelletek ELM-keltő képességét, azaz a pellet- és plazmaparaméterek milyen tartományában működőképes a pelletes ELM-ütemezés. A szennyező pelletekkel (pl. szén) főként transzportfolyamatok vizsgálhatók, spektroszkópiai módszerek használatával. Vizsgálataink során megfigyeljük, hogy a plazmába egy megadott helyen bejuttatott szennyezőanyag hol, milyen időskálán jelenik meg, illetve a szennyezőpellet plazmára gyakorolt egyéb hatásait is tanulmányozzuk, beleértve az ELM-ütemezés lehetőségét. Ennek érdekében fejlesztés alatt áll egy kisméretű pelletbelövő berendezés („TATOP”) is, amellyel több fúziós berendezésnél is hasonló kísérletek lesznek végezhetők.

Filamentumok (plazmaturbulencia) vizsgálata 

A Wendelstein 7-X sztellarátor plazmáiban gyorskamerával jól megfigyelhetők a turbulencia mágneses erővonalak mentén elnyújtott, arra merőlegesen kis kiterjedésű struktúrái, a filamentumok. A filamentumok poloidális és radiális mozgása, valamint élettartama jelentősen befolyásolja a fúziós plazma viselkedését, ezért vizsgálatainkkal erre a területre fókuszálunk.

Intelligens videódiagnosztika fejlesztések 

Csoportunk egy különleges kamerát (EDICAM) fejleszt, amely képes a mért adatok valós idejű feldolgozására, és akár a saját paramétereinek (pl. sebesség) megváltoztatására is, amellyel összetett mérések és jelentős tárhely-megtakarítás érhető el. Előre meghatározott paraméterek alapján az EDICAM képes bizonyos események automatikus felismerésére, és valós időben jelzést tud küldeni más rendszerek számára.

Lézerplazma kísérletek 

Nagy intenzitású lézerimpulzusok fókuszálásakor plazma, forró, sűrű illetve meleg, sűrű anyag keletkezik.  Ezek szerepe alapvető a lézerfúziós kutatásokban, amelyekben a KrF lézerek a szilárdtest lézerek alternatíváját jelenthetik. Röntgen spektrométert fejlesztünk lézerfúziós kísérletekhez.   Iongyorsítást és THz sugárzás keltését, valamint klaszterek Coulomb robbanását vizsgáljuk KrF lézerrel. A klaszterekben létrejövő nanoplazmát, magas harmonikusok keltését, attoszekundumos impulzusok létrehozását és alkalmazását tanulmányozzuk ultrarövid lézerimpulzusokkal.