MODELING OF MHD INSTABILITIES IN EXISTING AND FUTURE FUSION DEVICES IN VIEW OF CONTROL

In questo lavoro viene presentata una versione migliorata del codice CarMa, chiamato CarMa-D, per lo studio di Resistive Wall Modes (RWMs) nei reattori a fusione termonucleare. Tale codice è in grado di rappresentare accuratamente le strutture conduttrici tridimensionali della macchina, e considerare simultaneamente nel modello gli effetti dovuti alla dinamica del plasma, alla toroidal rotation e agli effetti drift-cinetici. CarMa-D è il risultato dell’accoppiamento dei codici CARIDDI, per lo studio delle correnti indotte nelle strutture conduttrici, e MARS-K per analisi di stabilità MHD nel plasma. Punto di forza della strategia di accoppiamento alla base di CarMa-D è che non si basa sulle ipotesi semplificative su cui si basa la versione statica di CarMa, ovvero non vengono trascurati la massa del plasma, toroidal rotation e l’effetto del damping cinetico. In questo modo la risposta del plasma a perturbazioni esterne dipende dall’andamento temporale della perturbazione stessa: questo andamento viene approssimato per mezzo di funzioni razionali di Padé a coefficienti matriciali. Il passo successivo è dato dalla combinazione della risposta di plasma approssimata con l’equazione delle correnti indotte nelle strutture passive, per ottenere un modello matematico desctitto come un sistema di equazioni differenziali lineari formalmente uguale alla versione statica di CarMa, ma con un numero maggiori di gradi di libertà per tener conto della dinamica di plasma. La nuova versione del codice supera le principali limitazioni del modello originale, in particolare: (i) considerando la massa del plasma è possibile modellare modi con dinamiche molto veloci, come l’external-kink ideale, (ii) il modello è in grado di tener conto rigorosamente di toroidal rotation e damping cinetico. Questi vantaggi rendono CarMa-D uno strumento potente, in grado di studiare fenomeni macroscopici in cui sia la dinamica del plasma, che gli effetti 3-D delle strutture, sono marcati. Inoltre, il modello matematico risultate è stato generalizzato per tener conto della simulazione più armoniche toroidali simultaneamente (multi-modal CarMa-D). Il codice è stato poi testato con successo su un equilibrio di riferimento dato da un plasma a sezione circolare, e successivamente per lo studio di stabilità per i modi n = 1 e n = 2 su JT-60SA, Scenario 5. Infine, si è dimostrato come il modello matematico di CarMa-D possa essere scritto in una formulazione state-space, in vista di un successivo impiego nella progettazione di un controllo in retoazione per la stabilizzazione attiva dei RWMs.