Folyamatos üzemű kriogén pellet extruder működési paramétereinek meghatározása és fejlesztése fúziós reaktorok üzemanyagutánpótlásához és plazmasűrűség-szabályozásához
témavezető: Piros István Attila
helyszín (magyar oldal): BME Gép- és Terméktervezés Tanszék helyszín rövidítés: GT3
A kutatási téma leírása:
a. Előzmények
A hosszú plazmakisülésű fúziós berendezések folyamatos üzemanyagutánpótlásra, valamint plazmasűrűség-szabályozásra szorulnak, amire jelenleg kriogén pellet (hidrogén izotópok: prócium, deutérium, trícium) injektálás a preferált technológia.
A pelletinjektálás folyamata két szakaszra bontható. Az első lépcsőben a gázt lehűtik szilárd állapotba, melyből extrudálással egy hidrogén jégrudat állítanak elő. Második lépcsőben ezt pelletekre darabolva lövik a plazmába. A belövés történhet gázhajtással, illetve pelletcentrifuga segítségével. Az extrudálásra több módszer is létezik. Ezek többnyire a polimerek extrúzióján alapulnak, így léteznek például egycsigás és ikercsigás extruderek is. Folynak kísérletek mechanikus alkatrész nélküli ún. gázdinamikus extruderekkel is, azonban ezekkel egyelőre csak nagyon vékony jégszalagot sikerült előállítani, szakaszos üzemben. A hosszú plazmakisülésű fúziós berendezések üzemeltetéséhez alapvető elvárás a folyamatos üzem. A néhány milliméter átmérőjű kriogén pelletek belövési frekvenciája kb. 10-20 Hz.
b. A kutatás célja
Kriogén prócium és deutérium pellet előállítására alkalmas extruder berendezés kifejlesztése, tesztelése, alkalmazásának kidolgozása hosszú plazmakisülésű fúziós berendezésekre.
Az elvégzendő feladatok, azok fő elemei, időigénye
Kriogén pelletek előállításához kapcsolódó szakirodalom (kriogén technika, vákuumtechnika, polimertechnika, létező extruder megoldások) feltárása (12 hónap)
Az extrúziós folyamat numerikus modelljének kifejlesztése, modellek elemzése, összehasonlítása. Fúziós berendezéseken való alkalmazhatóságának vizsgálata. (6 hónap)
Kriogén extruder tervezése, legyártása, a kísérleti berendezés összeállítása. (12 hónap)
Mérések végzése az berendezésen, különböző extrúziós paraméterek hatásának vizsgálata, modellezés validációja (12 hónap)
Mérési eredmények kiértékelése, publikálása, értekezés készítése. (6 hónap)
c. A szükséges berendezések
A tervezéshez és modellezéshez szükséges szoftvereket, valamint az elkészült berendezés legyártásához és a mérések elvégzéséhez szükséges eszközöket a HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Plazmafizika Laboratóriuma biztosítja.
d. Várható tudományos eredmények
Tervezési irányelvek és működési paraméterek meghatározása kriogén prócium és deutérium pelletek extrudálásához. Olyan tesztberendezés felépítése, amely folytonos kriogén jég extrudálásra képes.
Irodalom
Steven J. Meitner et al.:
DESIGN OF A CONTINUOUS PELLET FUELING SYSTEM FOR WENDELSTEIN 7-X (2019); 2020 IEEE Transactions on Plasma Science (Vol. 48, No. 6)
I. V. Vinyar, A. Ya. Lukin:
SCREW EXTRUDER FOR SOLID HYDROGEN (1998); 2000 Technical Physics, (Vol. 45, No. 1)
S. J. Meitner et al.:
TWIN-SCREW EXTRUDER DEVELOPMENT FOR THE ITER PELLET INJECTION SYSTEM (2009); 23rd IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering
Igor Vinyar et al.:
PELLET INJECTORS DEVELOPED AT PELIN FOR JET, TAE AND HL-2A (2011); 2011 Fusion Engineering and Design (Vol. 86, No. 9-11)
S.K. Combs et al.:
HIGH-SPEED REPETITIVE PELLET INJECTOR FOR PLASMA FUELING OF MAGNETIC CONFINEMENT FUSION DEVICES (1993); 15th IEEE/NPSS Symposium. Fusion Engineering
S. J. Meitner et al.:
TWIN-SCREW EXTRUDER AND PELLET ACCELERATOR INTEGRATION DEVELOPMENTS FOR ITER (2011); 2011 IEEE/NPSS 24th Symposium on Fusion Engineering
felvehető hallgatók száma: 1
Jelentkezési határidő: 2024-10-15
2024. IV. 17. ODT ülés Az ODT következő ülésére 2024. június 14-én, pénteken 10.00 órakor kerül sor a Semmelweis Egyetem Szenátusi termében (Bp. Üllői út 26. I. emelet).
Bejelentkezés
