[https://res.cloudinary.com/pressmailings/image/fetch/w_250,c_limit/https%3A/files.pressmailings.com/4d/901a075a62439686992b03b0bb0520/DIFFER-EPFL.png]
15 februari 2021
Onder EMBARGO tot 17 februari 2021, 11.00 Nederlandse tijd (CET)
Van varen op gevoel naar strak onder controle
Hittebeheersing in fusiereactoren in Nature Communications
Midden in een fusiereactor is het onwaarschijnlijk heet. Waterstof dat uit dit
binnenste ontsnapt, moet op weg naar de wand worden afgekoeld, anders smelt de
reactorwand. DIFFER-onderzoekers ontwikkelden met het EPFL Swiss Plasma Center
een strakke meet- en regelmethode om deze hete ontsnapte deeltjes uit het
fusieplasma extreem gecontroleerd te kunnen koelen. De mijlpaal in het
fusie-onderzoek verschijnt in Nature Communications.
“We gaan van bestuderen naar besturen. Dit is essentieel voor toekomstige
fusiereactoren”, aldus eerste auteur Timo Ravensbergen (DIFFER). “We meten,
berekenen en sturen razendsnel bij.” Fusie is een veelbelovende bron van
duurzame energie. In een fusiereactor wordt een gloeiend heet waterstofplasma
zwevend gehouden. Er is echter altijd waterstof dat uit het plasma piept. Om
schade aan de wand te voorkomen, moet dit ontsnapte waterstof op weg naar de
wand worden afgekoeld.
Koelen kan op meerdere manieren, onder meer door het injecteren van een gas.
“Je wilt niet teveel koelen, dan slaat je plasma dood”, zegt co-auteur
Christian Theiler (Swiss Plasma Center, EPFL). Het is dus precies zoeken naar
het punt waar de reactor de belasting goed aankan. Matthijs van Berkel
(DIFFER): “Het koelen goed kunnen controleren wordt in de roadmap van het
Europese kernfusie programma (EUROfusion) expliciet genoemd als noodzakelijke
stap richting fusie-energie. Het is geweldig om zo aan die stap bij te dragen.”
In Nature Communications beschrijven de wetenschappers hoe je de ontsnapte
deeltjesstroom op een snelle en gecontroleerde manier koelt met een innovatief
regeltechnieksysteem, dat steeds bijstuurt. Het systeem is getest in de tokamak
TCV, een fusiereactor van het Swiss Plasma Center van EPFL.
Niet langer op intuïtie
Waterstof dat aan het hete plasma ontsnapt, wordt via de 'uitlaat' van de
reactor afgevoerd. Die uitlaat heet de divertor: het is de plek waar de warmte
van het plasma wordt afgevangen. Dit sterke koelen van het plasma in de buurt
van de divertor heet in jargon divertor detachment; het zorgt voor een afname
van de temperatuur en druk in de buurt van de divertorwand. Fusiefysici hebben
hier al veel ervaring met dit proces, maar varen hierin deels op intuïtie en
deels op ervaring uit voorgaande metingen. Dat wordt nu anders.
"Wij hebben een gesloten systeem ontwikkeld”, zegt Van Berkel, groepsleider
Energy Systems & Control. "We voegen allerlei technieken samen, dat maakt het
uniek. Onze systematische aanpak is ook toe te passen in andere
fusiereactoren." The experimenten zijn een proof-of-principle. Van Berkel
verwacht dat de methode - met aanpassingen – ook gebruikt kan worden in grote
fusiereactoren als ITER en DEMO.
Stap voor stap
Voor dit onderzoek gebruikten de onderzoekers het camerasysteem MANTIS op de
TCV tokamak. MANTIS staat voor Multispectral Advanced Narrowband Tokamak
Imaging System. Het camerasysteem is bij DIFFER samen met EPFL en MIT
ontwikkeld. De onderzoekers pasten het systeem zo aan dat real-time camera
beelden worden omgezet naar data, waarmee een computermodel dan de optimale
koeling berekent. Dit gebeurt allemaal met uiterste precisie: de toestand van
het plasma wordt 800 keer per seconde bepaald.
Een nieuw real-time imaging processing algoritme, ontwikkeld bij DIFFER,
analyseert de MANTIS-beelden. Het algoritme bepaalt hoeveel er gekoeld moet
worden, en stuurt dan automatisch de gaskleppen aan. Tot slot maakten de
onderzoekers een model van het systeem door, weer met de camera, te analyseren
hoe het plasma op het inlaten van gas reageert. "Met dit model bepalen we de
dynamische relatie tussen het bedienen van de gasklep en de locatie van het
warmtefront", zegt Van Berkel.
Snel resultaat op de TCV tokamak
Het systeem is getest op de TCV tokamak. “Het is een relatief kleine en
flexibele machine, waar ideeën snel op getest en ontwikkeld kunnen worden”,
benadrukt Theiler. Van Berkel is het daar mee eens: “TCV is een fantastische
machine om nieuwe regeltechniek uit te proberen, met een hypermodern real-time
systeem.” Hij vertelt dat het testen snel ging: "Het lukte ons om binnen
slechts vier experimenten tot een gesloten regel-lus te komen, om het plasma
aan de rand te controleren. Dit liet zien dat onze systematische aanpak werkt."
Toekomstig onderzoek
Een voorstel voor vervolgonderzoek ligt al klaar. De onderzoekers gebruikten nu
één MANTIS-camera, terwijl het systeem er tien aan boord heeft. Die willen zij
nu ook gaan gebruiken, om nog nauwkeuriger processen rond de divertor te kunnen
sturen.
Partners
Dit onderzoek is een samenwerking van DIFFER, EPFL, Technische Universiteit
Eindhoven, Vrije Universiteit Brussel, MIT, Instituut of Plasma Physics of the
CAS, CCFE en het Max Planck Institut für Plasmaphysik.
***
Voor de redactie
Referentie
T. Ravensbergen, M. van Berkel, A. Perek, C. Galperti, B.P. Duval, O. Février,
R.J.R. van Kampen, F. Felici, J.T. Lammers, C. Theiler, J. Schoukens, B.
Linehan, M. Komm, S. Henderson, D. Brida, M.R. de Baar, The EUROfusion MST1
Team, and the TCV Team. Real-time feedback control of the impurity emission
front in tokamak divertor plasmas. Nature Communications, 17 februari 2021
DOI 10.1038/s41467-021-21268-3
Neem voor interviews contact op met:
Matthijs van Berkel - Energy Systems & Control, DIFFER
Anouck Vrouwe - DIFFER Communicatie
Communication@xxxxxxxxx<mailto:communication@xxxxxxxxx>, +31 (0)6-472 04235
Christian Theiler - Plasma Physics, EPFL, Swiss Plasma Center
christian.theiler@xxxxxxx<mailto:christian.theiler@xxxxxxx>, +41 21 693 60 01
Yves Martin - Plasma Physics and Communication, EPFL, Swiss Plasma Center
yves.martin@xxxxxxx<mailto:yves.martin@xxxxxxx> - +41 21 693 65 11
Renata Vujica - EPFL Communication, Swiss Plasma Center
renata.vujica@xxxxxxx<mailto:renata.vujica@xxxxxxx>, +41 21 693 26 77
Meer informatie
Over fusie:
https://www.differ.nl/research/fusion<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fclick%2F%3Fid%3D40204833%26url%3D25966%26signature%3D8FpaEy9cbMshW8HAT7Whs1MwP2c&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948450158%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=6xEh6eNVs8%2BEeDihKu%2FBshuCtiexHNaUqLU%2Bjq0oyZw%3D&reserved=0>
DIFFER research group Energy Systems & Control:
https://www.differ.nl/research/energy-systems-and-control<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fclick%2F%3Fid%3D40204833%26url%3D25967%26signature%3D7JaPWCAEWsqYbNxIVxOoTWRfA08&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948460154%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=MkhrFsLD4fLg%2B%2Bi%2FVVPBQUUnz4cOcwB4LmJpN04FJxc%3D&reserved=0>
TCV:
https://www.epfl.ch/research/domains/swiss-plasma-center/research/tcv/research_tcv_tokamak/<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fclick%2F%3Fid%3D40204833%26url%3D25968%26signature%3DkQjO-O0CIzNJaea-GGFeC_E3_ZU&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948460154%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=Tm48rFrLancco5dJuPz3KrOXr9qCv114foKlhU7pYpc%3D&reserved=0>
Beeldmateriaal
Gesloten lus, credit Julia van Leeuwen: De gesloten lus van meten, berekenen en
beheersen om te voorkomen dat de wand wordt verwoest.
TCV, credit A. Herzog / EPFL: De TCV-tokamak van het EPFL Swiss Plasma Center.
TCV is een middelgrote tokamak, die zich goed leent voor het snel testen van
ideeën.
Volg ons op Twitter
DIFFER institute: @DIFFERenergy
EPFL: @EPFL_en
TCV: @TCV_tokamak
EUROfusion: @FusionInCloseUp
[image]
[image]
DIFFER’s mission is to perform leading fundamental research on materials,
processes and systems for a global sustainable energy infrastructure, in close
partnership with (inter)national academia and industry. DIFFER is part of the
institutes organisation of NWO.
DIFFER
+31(0)40 3334 999
[Twitter]<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fclick%2F%3Fid%3D40204833%26url%3D25969%26signature%3DqBG6QTsdwATg0n2hc3NRlw93SDg&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948470148%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=E9o3ybk9tP0mzbVeLwXC0i5uZz9K7jIxqqVBYXMw9TM%3D&reserved=0>
[Facebook]<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fclick%2F%3Fid%3D40204833%26url%3D25970%26signature%3DF_AOoywrDHxFuJBtH_6E122XXmo&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948470148%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=SIzx%2BX49GvVPwQrFbPVrUfKyBtpv663X3iy5w5y0cPQ%3D&reserved=0>
De Zaale 20
5612 AJ Eindhoven
www.differ.nl<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fclick%2F%3Fid%3D40204833%26url%3D25971%26signature%3Db7qADIVjS2EwKEMopFYIDpP87f8&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948480146%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=rxX6jIiDITKFWU5DNlx4OXPDLC0zL2%2Bpv99LskrNly4%3D&reserved=0>
Geen berichten meer ontvangen van ons? Klik
hier<https://eur04.safelinks.protection.outlook.com/?url=https%3A%2F%2Fmanage.pressmailings.com%2Fopt-out%2F%3Fid%3D40204833%26email%3Da.vrouwe%2540differ.nl%26signature%3DZYcVBTsbIAPvZpOPf4k_tGiKNFA&data=04%7C01%7CA.Vrouwe%40differ.nl%7C7313a96e32df43bf6de708d8d2579773%7C4052370664bc491fac0c1b567be357ad%7C0%7C0%7C637490620948480146%7CUnknown%7CTWFpbGZsb3d8eyJWIjoiMC4wLjAwMDAiLCJQIjoiV2luMzIiLCJBTiI6Ik1haWwiLCJXVCI6Mn0%3D%7C2000&sdata=HXFBOVB3apZttgn5gpVCcZK5IJ1CJXUE0sMmzbmtn5k%3D&reserved=0>.
