Highlights 2014

Forschungsnachrichten aus dem Bereich Plasmarand und Wand

Untersuchungen des Helium-Transports mit Ladungsaustausch-Rekombinations-Spektroskopie

Ein ausreichend hoher Helium-Transport im Plasma ist kritisch für den erfolgreichen Betrieb zukünftiger Fusionsreaktoren, da sonst die Akkumulation der Helium-”Asche” den Fusionskraftstoff zu stark verdünnen würde.

Die Heliumdichte im Plasma kann mit Ladungsaustausch-Rekombinations-Spektroskopie am Neutralstrahl gemessen werden. Zum Signal tragen aber auch rekombinierte He-Ionen bei, die sich vom Neutralstrahl entlang der magnetischen Feldlinien wegbewegen und dabei Strahlung fern vom Neutralstrahl emittieren (Plume-Effekt). Für die Interpretation der gemessenen Spektren wurde bei ASDEX Upgrade ein Modell der Plume-Emission entwickelt. Die injizierten Neutralteilchen und die Verteilung der Plume-Ionen im Plasma sind in der Abbildung gezeigt. Das Modell kann alle Spektren vollständig beschreiben und enthält damit alle wichtigen physikalischen Mechanismen.

Abbildung: Das linke Bild zeigt die injizierten Neutralteilchen. Die Helium-Ionen aus dem Plume werden durch Ladungsaustausch-Reaktionen in diesem Volumen erzeugt. Die räumliche Verteilung der Plume-Ionen entlang den Magnetfeldlinien ist rechts abgebildet.

Abbildung: IPP

Abbildung: Das linke Bild zeigt die injizierten Neutralteilchen. Die Helium-Ionen aus dem Plume werden durch Ladungsaustausch-Reaktionen in diesem Volumen erzeugt. Die räumliche Verteilung der Plume-Ionen entlang den Magnetfeldlinien ist rechts abgebildet.

Abbildung: IPP

Nachdem genaue Heliumdichten jetzt abgeleitet werden können, wurden Untersuchungen des Helium-Transports durchgeführt. Die Profile der Heliumdichte erwiesen sich denen der Elektronendichte sehr ähnlich, jedoch gibt es deutliche Unterschiede zwischen Helium und Bor. Theoretische Vorhersagen des turbulenten Transports, der mit gyrokinetischen Modellen berechnet wurde, zeigen in generellen Trends eine gute Übereinstimmung mit den Messungen. Im Detail wird die Theorie aber nicht durch die Messdaten validiert. Mit dieser Arbeit hat Athina Kappatou an der Universität Eindhoven promoviert.