Konturplot der Leistungsdichte eines Gaußschen Strahls mit höheren Moden

Simulationen für den ITER Forschungsreaktor

14. Februar 2024 /

Im Auftrag der ITER Organisation entwickelt das IGVP ein Simulationsframework, mit dem das Verhalten der Mikrowellenheizung unter realen Bedingungen untersucht wird.

Für das im Bau befindliche Kernfusionsexperiment ITER wird ein Heizsystem entwickelt, das mit Millimeterwellen bei 170 GHz und einer Leistung von mindestens 24 MW das Plasma auf fusionsrelevante Temperaturen bringt. Bei solchen Leistungen können nur Komponenten verwendet werden, die wesentlich größer als die Wellenlänge (1.76 mm) sind. Solche überdimensionierten Systeme reagieren sehr empfindlich auf Geometriestörungen aufgrund von Fertigungstoleranzen, thermischer Ausdehung und anderen Effekten. Die resultierenden Feldstörungen (= Falschmoden) führen zu höheren Verlusten in den Leitungen und den Antennen sowie verringerter Heizeffizienz im Plasma. Die genaue Feldverteilung am Ende der Übertragungsleitung ist jedoch prinzipbedingt unvorhersagbar.

Um dennoch eine Risikoabschätzung zu ermöglichen, wurde am IGVP ein spezielles Monte Carlo Verfahren entwickelt, das eine große Zahl (> 10000) von Feldverteilungen generiert und das resultierende Verhalten des Systems statistisch auswertet.

Da die Simulation des gesamten Systems für eine bestimme Feldverteilung viele Stunden dauern kann, wird diese nur für die geringe Anzahl (10-15) der relevanten Eigenmoden durchgeführt. Die komplexen Feldverteilungen dieser Fundamentallösungen werden dann abgespeichert und die Analyse wird nur für Linearkombinationen dieser Fudamentallösungen durchgeführt. Damit wird diese Art der Analyse, die ansonsten viele Jahre an Rechenzeit benötigen würde, überhaupt erst möglich.

 

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