Simulation of a Rogowski coil for plasma current measurement in the SMART tokamak of the University of Seville

Abstract

Uno de los grandes retos de la humanidad en este siglo será abastecer la creciente demanda energética mundial prescindiendo al mismo tiempo de la generación con combustibles fósiles, cuyas reservas empiezan a escasear y cuyas emisiones ya están haciendo un daño irreparable al medio ambiente. La comunidad científica ha apostado con fuerza por la fusión nuclear como alternativa limpia, segura e ilimitada de producción de energía, y aspira en las próximas décadas a disponer de reactores de fusión funcionales y económicamente viables. Para ello será necesario instruir a las próximas generaciones de físicos e ingenieros en el funcionamiento de este tipo de dispositivos. Con este objetivo en mente, el Grupo de Ciencia del Plasma y Tecnología de Fusión de la Universidad de Sevilla está desarrollando el SMART (SMall Aspect Ratio Tokamak), un tokamak esférico pionero en España y en la Unión Europea que contribuirá a la investigación de la física del plasma, así como a la iniciación de muchos estudiantes e investigadores a las tecnologías de fusión. Este trabajo se centrará en el desarrollo de un sistema de medición de la corriente del plasma circulante dentro del SMART. Se propondrá el uso de la tecnología de las bobinas de Rogowski, y se comprobará su funcionamiento mediante simulaciones del modelo 3D del SMART, las cuales se llevarán a cabo en ANSYS usando el paquete Maxwell de electromagnetismo. Los resultados servirán para establecer la idoneidad o no de este tipo de bobinas para su implementación en la construcción del tokamak.

One of the great challenges facing humanity in this century will be to supply the world's growing energy demand while dispensing with fossil fuel generation, whose reserves are becoming scarce and whose emissions are already causing irreparable damage to the environment. The scientific community is strongly committed to nuclear fusion as a clean, safe and unlimited alternative for energy production, and aims to have functional and economically viable fusion reactors in the coming decades. This will require training the next generation of physicists and engineers in the operation of such devices. With this goal in mind, the Plasma Science and Fusion Technology Group at the University of Seville is developing the SMART (SMMall Aspect Ratio Tokamak), the first spherical tokamak in Spain and in the EU, and will contribute to plasma physics research, as well as to the initiation of many students and researchers to fusion technologies. This work will focus on the development of a current measurement system for the circulating plasma inside the SMART. The use of Rogowski coil technology will be proposed and tested through simulations of the 3D model of the SMART, which will be carried out in ANSYS, using the Maxwell package of electromagnetism. The results will be used to establish the suitability or otherwise of this type of coil for its implementation in the construction of the tokama