7.2 Feedback-Steuerung
7.2.3 Ermittlung der Regelparameter
Die Konditionierung der Regelung des Launcherspiegels mittels der Signale der Thermoelemente wurde wegen zeitlicher Verzögerungen in der Experi-mentierkampagne 2010/11 realisiert. Um den Einfluss der Aufheizung durch das Plasma zu berücksichtigen, musste das Ansprechverhalten der Thermo-elemente während einer Plasmaentladung betrachtet werden.
Sowohl die maximal zulässigen Temperaturen jedes einzelnen Thermoele-ments als auch die Temperaturdifferenz der Signale der oberen und unteren Thermoelemente für die Nachführung des Strahls mussten bestimmt werden.
Dies konnte jedoch auch in Entladungen mit moderater Dichte und erhöh-tem Sicherheitsfaktor durchgeführt werden. Standard-H-Mode-Entladungen, die zur Kontrolle der Maschinenfunktionalität und der Plasmaparameter fast an jedem Anfang eines Experimentiertages gefahren wurden, boten sich für diese Tests an. Durch eine standardisierte Entladungsführung war dabei ein vergleichbarer Plasmaeinfluss in unterschiedlichen Entladungen bewerkstel-ligt.
Um möglichst viele Parameter aus einer Entladung zu erhalten, wurden die Strahlen auf den holografischen Spiegeln aktiv über die Spiegeloberfläche bewegt. Dies kann auch als eine Simulation einer unvorhergesehenen Dich-teänderung angesehen werden. Ein beispielhafter Schwenk des Strahls auf Spiegel 1 ist in Abbildung 7.13 zu sehen. In der Mitte ist der Spiegel mit den Thermoelementen (Kreuze) als auch der Weg des Strahls auf dem Spie-gel dargestellt. Der Strahl wurde hier von der oberen zur unteren Kante des Spiegels verschoben (rote Kreise) und wieder nach oben bewegt (blaue Dreie-cke). Die Zeitspuren der Thermoelemente sind entsprechend ihrer Positionen darum angeordnet, wobei zwei Thermoelemente wegen fehlender Vakuum-durchführungen nicht angeschlossen waren. Die vertikalen Linien in den Rot-und Blautönen spiegeln die Positionen des Strahls auf dem holografischen Spiegel wider. Man erkennt, dass vor allem das untere Thermoelement einen deutlichen Anstieg der Temperatur und die anderen Thermoelemente nur die vom Plasma verursachte Temperaturerhöhung zeigen. Ein abschließender
102 Kapitel 7. Holografische Gitterspiegel
0 5 10 15 20 25 30
5.4 5.6 5.8 6.0
∆T (˚C)
Zeit (s)
0 5 10 15 20 25 30
5.4 5.6 5.8 6.0
∆T (˚C)
Zeit (s) 0
5 10 15 20 25 30
5.4 5.6 5.8 6.0
∆T (˚C)
Zeit (s) 0
5 10 15 20 25 30
5.4 5.6 5.8 6.0
∆T (˚C)
Zeit (s)
0 5 10 15 20 25 30
5.4 5.6 5.8 6.0
∆T (˚C)
Zeit (s)
0 20 40 60 80 100 120
5.4 5.6 5.8 6.0
∆T (˚C)
Zeit (s)
1
Abbildung 7.13: Schwenk des Einstrahlwinkels zur Ermittlung der optimalen Temperaturdifferenz zwischen oberem und unterem Thermoelement (#26519).
In der Mitte sind die Positionen des Strahls auf der Spiegeloberfläche und die Positionen der Thermoelemente dargestellt. Die jeweiligen Farben der Symbole (Kreise und Dreiecke) kennzeichnen den Zeitpunkt der Position.
Grund für das überproportionale Ansprechen des unteren Thermoelements konnte auch nach dem Ausbau, einem Test mit dem Heißluftgebläse und mikroskopischen Untersuchungen nicht gefunden werden.
Analoge Spiegelschwenks in der Nähe der anderen Thermoelemente von Spiegel 2 führten zu den Interlock Parametern und den bevorzugten Regel-temperaturdifferenzen∆Tcontrolder oberen und unteren Thermoelemente, die in Tabelle 7.3 gelistet sind.
Für erste Reglertests wurden wiederum Schwenks des Einstrahlwinkels
7.2. Feedback-Steuerung 103 Spiegel 1 Spiegel 2
Interlock
TE1 30◦C
Interlock
TE1 30◦C
TE2 - TE2 30◦C
TE3 30◦C TE3 130◦C
TE4 - TE4 30◦C
TE5 130◦C TE5 30◦C
TE6 30◦C TE6
-TE7 - TE7 30◦C
TE8 30◦C TE8
-∆Tcontrol 60◦C ∆Tcontrol 0◦C
Tabelle 7.3: Interlock-Parameter und die Temperaturdifferenzen, auf die gere-gelt werden soll. Das Thermoelement 7 auf Spiegel 1 musste aus der Regelung genommen werden, da es ein seltsames Verhalten während einiger Entladungen zeigte.
als Simulation einer Dichteänderung verwendet. In Abbildung 7.14 sind zwei Reaktionen des Reglers zu erkennen. Im oberen Diagramm sind die Tempera-turen des oberen (orange) und unteren (violett) Thermoelements von Spiegel 1 zu sehen. In der Mitte befindet sich die Differenz der Temperaturen, auf die geregelt werden soll. In der unteren Abbildung sind der voreingestellte Schwenk des Launcherspiegels und die Reaktion des Reglers zu erkennen, wobei hier die Spindelposition a des Launcherspiegels aufgetragen ist. Die grüne Kurve verdeutlicht den voreingestellten Schwenk vom unteren Drit-tel des holografischen Spiegels zur unteren und dann zur oberen Kante des Spiegels, in Rot ist die Reaktion des Reglers zu sehen. Das Gyrotron war im Zeitfenster, das durch die grauen Bereiche gekennzeichnet ist, angeschaltet.
Für den ersten Test des Reglers wurde ein Proportionalregler mit einem Verstärkungsfaktor von V = 0,5 mm/◦C gewählt (links in Abbildung 7.14).
Wie TORBEAM-Rechnungen zeigten, war dieser Wert aber zu groß, da schon bei einer kleinen Temperaturdifferenz von 20◦C der Strahl vollständig nach oben aus dem Spiegel hinaus bewegt wurde. Im Bild auf der rechten Seite wurde daher der Verstärkungsfaktor auf 0,03 mm/◦C reduziert. Aufgrund der thermischen Verzögerungen der Thermoelemente und der dadurch ver-zögerten Reaktion des Launchers kam es jedoch zu ungewolltem Schwingen des Launcherspiegels bzw. Reglers. Daher wurde dem Proportionalregler eine Hysterese hinzugefügt, sodass erst bei einem Überschreiten eines eingestellten Schwellwert der Strahl nachgeführt und eine Schwingung des Launcherspie-gels verhindert wird. Die letztendliche Wahl der VerstärkungsfaktorenV und
104 Kapitel 7. Holografische Gitterspiegel
0 10 20 30
T-T offset (°C)
0 10 20
∆T (°C)
27 30 33 36 39 42
4.0 4.2 4.4 4.6
a (mm)
Zeit (s)
0 50 100 150
T-Toffset (°C)
0 50 100
∆T (°C)
27 30 33 36
4.0 4.2 4.4 4.6
a (mm)
Zeit (s)
Abbildung 7.14: Reglertest in Entladung #27082 (links) und #27090 (rechts).
Im oberen Bild sind die Temperaturen der oberen (orange) und unteren (violett) Thermoelemente dargestellt. Die daraus resultierende Temperaturdifferenz, die als Regelsignal dienen soll, ist mittig eingezeichnet und die Reaktion des Reglers unten (rot) im Vergleich zur vorher eingestellten Spiegelbewegung (grün).
der HysteresenH fiel auf die in Tabelle 7.4 eingetragene Werte. Erfolgreiche Anwendungen des Reglers werden in Abschnitt 8.2.5 gezeigt.
Spiegel 1 Spiegel 2
V 0,015mm◦C V 0,06mm◦C
H 0,5 mm H 0,5mm
Tabelle 7.4: Regelparameter für Spiegel 1 und 2
Kapitel 8
Anwendungen der neuen Heizszenarien
Am Anfang der Entwicklung eines Heizszenarios stehen Simulationen mit entsprechenden Strahlverfolgungsprogrammen wie TORBEAM oder TRA-VIS, wie sie in Kapitel 6 vorgestellt wurden. Durch die nicht vollständige Absorption der Mikrowellen in den X3- und O2-Heizungszenarien ist es si-cherheitstechnisch aber wichtig, vor dem eigentlichen Heizen die Gültigkeit der Szenarien zu überprüfen, um keine Schäden an ASDEX Upgrade zu ris-kieren. Daher steht am Anfang der eigentlichen X3- und O2-Experimente eine Verifizierung des jeweiligen Heizszenarios. Danach wird auf weitere teils ITER-relevante Experimente mit erhöhtem Plasmastrom bei q95 = 3 einge-gangen.
Wenn nicht anders angegeben setzten sich die Zeitspuren der Entladungen in den kommenden Abbildungen wie folgt zusammen:
• Im obersten Bild wird der Plasmastrom IP in Schwarz und der Sicher-heitsfaktor q95 in Grün aufgetragen. Die Skala des Plasmastroms ist hierbei links und die des Sicherheitsfaktors rechts angeordnet.
• Darunter sind die Heizleistungen (NBI schwarz, ECRH grün, ICRH blau) in Megawatt dargestellt. Zusätzlich wird die Plasmastrahlung ebenfalls in MW eingezeichnet (rot).
• Im dritten Bild sind die Dichten im Plasmazentrum in Schwarz und am Rand in Blau dargestellt.
• Das letzte Diagramm enthält die zentrale Elektronentemperatur (blau) und die Signale der Sniffer-Sonden in Sektor 5 (hellrot), Sektor 9 (grün) und Sektor 14 (schwarz).
105
106 Kapitel 8. Anwendungen der neuen Heizszenarien
8.1 Experimente mit der X3-Mode-Heizung
Wie im Kapitel der Heizszenarien schon beschrieben, ist es bei der X3-Heizung wichtig das Magnetfeld so zu wählen, dass die zweite Harmonische im Plasmarand liegt und als Strahlsumpf dient. Eine Überprüfung dieses Sachverhaltes mittels eines einfachen Experiments bei verschiedenen Magnet-feldstärken eröffnet dieses Kapitel. Darauf folgend wird die Wirkungsweise der ECRH auf die Wolframkonzentration bei niedrigem Feld erörtert und ab-schließend erste ITER-relevante Entladungen vorgestellt, auf deren Grund-lage in Zukunft weitere Experimente durchgeführt werden können.