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Real-time protection of the JET ITER-like wall based on near infrared imaging diagnostic systems

A. Huber, D. Kinna, V. Huber, G. Arnoux, G. Sergienko, I. Balboa, C. Balorin, P. Carman, P. Carvalho, S. Collins2018年被引用 15Nuclear FusionIF 3出版社

In JET with ITER-like wall (JET-ILW), the first wall was changed to metallic materials (tungsten and beryllium) [1] which require a reliable protection system to avoid damage of the plasma-facing components (PFCs) due to beryllium melting or cracking of tungsten owing to thermal fatigue. To address this issue, a protection system with real time control, based on imaging diagnostics, has been implemented on JET-ILW in 2011.This paper describes the design, implementation, and operation of the near infrared imaging diagnostic system of the JET-ILW plasma experiment and its integration into the existing JET-ILW protection architecture. The imaging system comprises eleven analogue CCD cameras which demonstrate a high robustness against changes of system parameters like the emissivity. The system covers about two thirds of the main chamber wall and almost half of the divertor. A real-time imaging processing unit is used to convert the raw data into surface temperatures taking into account the different emissivity for the various materials and correcting for artefacts resulting e.g. from neutron impact. Regions of interest (ROI) on the selected PFCs are analysed in real time and the maximum temperature measured for each ROI is sent to other real time systems to trigger an appropriate response of the plasma control system, depending on the location of a hot spot.A hot spot validation algorithm was successfully integrated into the real-time system and is now used to avoid false alarms caused by neutrons and dust. The design choices made for the video imaging system, the implications for the hardware components and the calibration procedure are discussed. It will be demonstrated that the video imaging protection system can work properly under harsh electromagnetic conditions as well as under neutron and gamma radiation. Examples will be shown of instances of hot spot detection that abort the plasma discharge. The limits of the protection system and the associated constraints on plasma operation are also presented.The real-time protection system has been operating routinely since 2011. During this period, less than 0.5% of the terminated discharges were aborted by a malfunction of the system. About 2%–3% of the discharges were terminated due to the detection of actual hot spots.

日本語訳

ITER類似壁を備えたJET(JET-ILW)では、第一壁が金属材料(タングステンおよびベリリウム)に変更された[1]。これらは、ベリリウムの溶融または熱疲労によるタングステンの割れによるプラズマ対向機器(PFCs)の損傷を回避するための信頼性の高い保護システムを必要とする。この問題に対処するため、イメージング診断に基づくリアルタイム制御を備えた保護システムが2011年にJET-ILWに実装された。本論文は、JET-ILWプラズマ実験の近赤外イメージング診断システムの設計、実装、運用、および既存のJET-ILW保護アーキテクチャへの統合について述べる。イメージングシステムは11台のアナログCCDカメラで構成され、放射率などのシステムパラメータの変化に対して高い堅牢性を示す。システムは主容器壁の約3分の2とダイバータのほぼ半分をカバーする。リアルタイム画像処理ユニットは、様々な材料の異なる放射率を考慮し、例えば中性子衝撃に起因するアーティファクトを補正して、生データを表面温度に変換するために使用される。選択されたPFC上の関心領域(ROI)はリアルタイムで解析され、各ROIで測定された最高温度は他のリアルタイムシステムに送信され、ホットスポットの位置に応じてプラズマ制御システムの適切な応答をトリガーする。ホットスポット検証アルゴリズムはリアルタイムシステムに正常に統合され、現在は中性子およびダストによって引き起こされる誤警報を回避するために使用されている。ビデオイメージングシステムのために行われた設計選択、ハードウェアコンポーネントへの影響、および較正手順について議論する。ビデオイメージング保護システムが、過酷な電磁条件ならびに中性子およびガンマ放射下で適切に動作できることが実証される。プラズマ放電を中止させるホットスポット検出の事例が示される。保護システムの限界と、それに伴うプラズマ運転への制約も提示される。リアルタイム保護システムは2011年から定常的に運用されている。この期間中、終了した放電の0.5%未満がシステムの誤動作によって中止された。約2%–3%の放電が実際のホットスポットの検出により終了した。

装置

iter高精度(タイトル一致)jet高精度(タイトル一致)

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ITERJETPlasma diagnosticsITER-like wall
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