2. simulace

Záměr

Pomocí COMSOL Multiphysics a znalostí získaných v dřívějších sekcích navrhnout lepší a bezpečnější uspořádání cívek pro EU DEMO1, než je popsáno v práci [1], které by byly schopny rozmítat samotné nestability typu ELM.

Simulace

Poslední funkční nepublikovaný návrh počítal s upraveným designem cívky do tvaru dvou solenoidů uložených za štítem divertoru, viz. Obr. 1. Z tohoto modelu jsme nyní vycházeli. Krom samotného uspořádání je výraznou změnou oproti předchozí simulaci 05.2021 i jiná frekvence rozmítání cívky \(f=1,7\) kHz (předtím odpovídala měření, \(f=4\) MHz). Pro takovou frekvenci je nezbytná tloušťka měděné trubice alespoň \(\sqrt{\pi f\mu\sigma}=1,8\) mm. Pro všechny simulace jsme si zafixovali bod poblíž X-bodu, kde srovnáváme magnetickou indukce různých uspořádání trubic. Simulace uspořádání z Obr. 1 nám hlásí hodnotu amplitudy magnetické indukce v tomto bodě \(B_\text{bod}=2\) mT.

Pokračovali jsme přidáním měděných trubic tloušťky \(2\) cm se stejným proříznutím jako u divertorového štítu. Trubice obepínaly celé cívky a sahaly až k wolframovým deskám, viz. Obr. 2. V tomto případě se sledované magnetické pole zvýšilo na \(B_\text{bod}=6,5\) mT.

Moc se nezměnilo spojením těchto trubic tak, že utvořily původní C-tvar, viz. Obr. 3. Magnetické pole se trochu snížilo na \(B_\text{bod}=6,0\) mT, zřejmě v důsledku navýšení celkové délky trubice, jako jsme pozorovali v měření 26.12.2020.

Následovaly různé pokusy o co největší navýšení sledovaného pole např. pomocí přidáním druhé vrstvy trubic (\(B_\text{bod}=6\) mT), či proříznutím pouze vnitřní poloviny divertorových desek (mezi dírami v divertorových deskách) a trubic (\(B_\text{bod}=6\) mT). Při celkovém zúžení průřezu desek i trubic z 1 cm na 1 mm se magnetické pole v bodě snížilo zpět na \(B_\text{bod}=2\) mT, proto byla provedena následující simulace s 1 mm mezerou, ale bez trubic, která ukázala hodnotu \(B_\text{bod}=0,6\) mT. Šlo tedy pouze o pokles způsobený primárně zmenšením otvoru mezi divertorovými deskami.

Tím se rozhodlo, že další simulaci provedeme pouze s trubicí tvořící C-tvar (jako na Obr. 3. + pouze prořez z jedné strany) s cílem snížit amplitudu potřebného proudu původního návrhu 210 kA faktorem \(B_\text{bod}^\text{Obr.3}/B_\text{bod}^\text{Obr.1}=6/2=3\) na 70 kA. Simulace ukázala, že taková konfigurace odpovídá předpokladům.

Závěr

Ze simulací vychází, že nejvhodnější uspořádání je v podobě trubic sahajíc od počátku cívek až po divertorové desky (Obr. 2), avšak s cílem omezit magnetické pole pouze do prostoru trubic jsme zvolili jako vhodnější konfiguraci trubici obepínající obě cívky najednou (Obr. 3). Tím jsme snížili celkové energetické nároky na cívky faktorem 3.