Zukunftsweisende Studien zur Wärmeabfuhr für Reaktorkonzepte erfolgreich an ASDEX Upgrade durchgeführt
Eine der größten Herausforderungen der Fusionsforschung an Tokamaks ist das Erreichen eines optimalen Plasma-Energie-Einschlusses bei gleichzeitiger minimaler Wärmebelastung der Reaktor-Wände. Das ‚Quasi Continuous Exhaust‘-Regime – kurz QCE – verspricht, beide Aspekte zu vereinen.
Die in ASDEX entdeckte ‚High Confinement Mode‘ - kurz H-Mode - erreicht den bestmöglichen Energie-Einschluss für zukünftige Fusions-Experimenten wie ITER, ist aber von periodisch auftretenden Plasma-Instabilitäten, genannt ELMs (engl. ‚Edge Localised Modes‘), begleitet. In einem Fusions-Reaktor sind ELMs unerwünscht, da sie die Wand des Reaktors stark belasten und verschleißen. Das QCE Regime ist ein attraktives Regime, bei dem ELMs durch erhöhte Turbulenz am äußersten Plasmarand unterdrückt sind, ohne viel Einschlussqualität einzubüßen.
Eine aktuelle Arbeit untersucht die Bedingungen zum Erreichen des QCE Regimes an ASDEX Upgrade. Dazu wurden experimentelle Datenpunkte des äußersten Plasmarandes in einem Dichte-Temperatur-Diagramm aufgetragen (siehe Bild). Der Operationsbereich der H-Mode liegt innerhalb zweier Grenzen. Die minimale Temperatur für das Erreichen der H-Mode mit gutem Energie-Einschluss ist durch die blaue Linie gegeben. Die schwarze Line repräsentiert den maximal erreichbaren Druckgradienten. Eine Unterteilung zwischen Plasmabedingungen mit und ohne ELMs ist durch eine neue (grüne) Linie gekennzeichnet, die einem Schwellenwert in dem Turbulenzparameter αt entspricht, der ein Maß für die Stärke der lokalen Turbulenz ist.
Die Publikation zu dieser Arbeit finden Sie hier: M. Faitsch et al., Analysis and expansion of the quasi-continuous exhaust (QCE) regime in ASDEX Upgrade, Nuclear Fusion 63, 076013 (2023)