Studio della polvere nel Tokamak FTU tramite Thomson scattering

The presence of dust in next-step fusion devices like ITER is of great concern from the point of view of both safety, because of the tritium retention and explosion hazards, and operation, dust being a potential large source of impurities. In a tokamak dust is mainly produced by the interaction of the plasma, during operation and conditioning, with the Plasma Facing Components (PFCs) or during maintenance periods. Transient loads, in particular disruptions and runaway electron fluxes, represent the strongest cause of dust creation and/or mobilization. On FTU tokamak, the Thomson Scattering (TS) diagnostic, routinely measuring plasma density and temperature, has been recently used for detecting the laser light elastically scattered by dust grains [1]. The detection system consists of 19 spectrometers looking vertically from the edge of the plasma (z = -0.3 m) up to and beyond the plasma center (z = 0.1 m). One out of the 5 spectral channels of each spectrometer is tuned on the laser wavelength and is used for Rayleigh scattering. Dust has been observed only after disruptions, the large stray light affecting peripheric channels, where dust grains possibly survive in the presence of the plasma, not allowing dust detection during steady state discharges. In this paper previous work on dust detection in FTU by TS has been extended, mainly by looking at the correlation between the amount of detected dust after a disruption and the plasma parameters (plasma current, toroidal field, plasma energy and density etc.), just before a disruption. A data base of more than 1600 discharges terminated with a disruption and showing dust presence has been analyzed. A dependence of the amount of dust on magnetic field has been found. A still stronger dependence on the presence of disruption generated runaway electrons, as proved by the detected photoneutrons, is evident. This is in agreement with the dependence of the amount of runaway electrons on magnetic field. The dust dynamic following a disruption, as well as the estimation of the dust size, taking into account the ablation by the probing laser energy, will be also discussed. [1] E. Giovannozzi, C. Castaldo, G. Maddaluno-33rd EPS Conference on Plasma - Phys. Rome, 19 - 23 June 2006 ECA Vol.30I, P-2.093 (2006)

La presenza di polvere nelle macchine a fusione di tipo Tokamak di prossima generazione, come ITER, ha un’importanza rilevante ai fini della sicurezza della macchina stessa. La polvere potrebbe adsorbire atomi di Trizio ed essere trasportato per via aerea. Altro materiale tossico che potrebbe essere adsorbito dalla polvere è il Berillio o l’Idrogeno che a contatto con l’ossigeno potrebbero risultare rispettivamente nocivi ed esplosivi. La generazione della polvere avviene dall’interazione del plasma con le pareti della macchina durante le scariche di plasma. Una forte dipendenza nella generazione di polvere avviene durante carichi termici improvvisi quali disruzioni o sciami di elettroni runaway. Sulla macchina Tokamak di Frascati (FTU), la diagnostica Thomson Scattering, normalmente usata per la misura della temperatura elettronica e la densità del plasma è stata recentemente usata per la rivelazione della luce scatterata della sorgente laser dai grani di polvere presenti nella macchina[1]. Il sistema di rivelazione consta di 19 spettrometri che guardano il plasma verticalmente dal centro (z=0,1 m) al bordo del plasma (z=0,3 m). Uno dei 5 canali spettrali e settato per guardare la luce alla lunghezza del fascio laser incidente (A= 1064 nm laser al Nd-YAG). La polvere è stata rivelata nella zona centrale del plasma solo dopo una disruzione in quanto è assente la luce di stray, presente durante una scarica, e che potrebbe saturare le ottiche, accecandole. In questo lavoro si è voluto principalmente osservare la correlazione della polvere rivelata dopo una scarica terminata con una disruzione ed i parametri che caratterizzano il plasma (corrente di plasma, campo toroidale, energia del plasma, densità, ecc.). tali parametri sono stati misurati appena prima che avvenisse la disruzione. in totale sono state analizzate 1637 scariche terminate con una disruzione in cui è stata rivelata della polvere. È stato trovata una forte correlazione tra la presenza di polvere ed il campo magnetico toroidale ed ancora una forte correlazione con le disruzioni generate da elettroni di tipo runaway. Tale dato viene confermato dal segnale emesso dai fotoneutroni. Si potrebbe infine correlare gli elettroni runaway con il campo toroidale. Nella determinazione della dimensione della particella di polvere ai fini di questo lavoro è stato tenuto in considerazione l’effetto dell’ablazione della polvere stessa da parte della sorgente laser. [1] E. Giovannozzi, C. Castaldo, G. Maddaluno-33rd EPS Conference on Plasma -Phys. Rome, 19 - 23 June 2006 ECA Vol.30I, P-2.093 (2006)