Wissenschaftliche Bereiche

Leiter: Prof. Dr. Per Helander

Ziel der Stellaratortheorie ist es, dreidimensionale toroidale Magnetfeldkonfigurationen für den Plasmaeinschluss, die für ein Fusionskraftwerk geeignet sind, zu finden und das Verhalten des Plasmas in ihm zu beschreiben.

Als notwendige Voraussetzung für die Eignung als Fusionskraftwerk werden hinreichend gute Plasmaeigenschaften erachtet, die aus zwei sich ergänzenden theoretischen Beschreibungen resultieren. Dies ist auf der einen Seite die Magnetohydrodynamik (MHD), in deren Rahmen die dreidimensionalen Gleichgewichte und deren Stabilität beschrieben werden (charakterisiert durch ein ausreichend gutes Verhältnis von Plasma- zu Magnetfelddruck). Auf der anderen Seite muss die driftkinetische Beschreibung der Ionen und Elektronen ein gutes stoßbestimmtes Einschlussverhalten des thermischen Plasmas ergeben und auch ein gutes stoßfreies Einschlussverhalten der das Plasma heizenden alpha-Teilchen in der toroidalen dreidimensionalen Geometrie vorhersagen.

Wendelstein 7-X ist ein wesentlicher Schritt zum Stellaratorkraftwerk, da er hinsichtlich dieser Eigenschaften theoretisch optimiert wurde.

Ein Ziel der Stellaratortheorie ist die Vertiefung obengenannter Theorien dergestalt, dass die entsprechenden Ergebnisse des Experimentes Wendelstein 7-X hinreichend detailliert und quantitativ beschrieben werden.

Die Arbeit der Stellaratortheorie ist derzeit fokussiert auf

Untersuchungen von Gleichgewicht und Stabilität

• Berechnung dreidimensionaler Plasmagleichgewichte
• MHD Stabilität dreidimensionaler Plasmagleichgewichte
• Einfluss schneller Teilchen auf die Stabilität des Plasmas im Stellarator
• Gyrokinetische Beschreibung von schnellen Teilchen im Stellarator

Neoklassischer und turbulenter Transport

• Kinetische Darstellung des neoklassischen Transportes
• Gyrokinetische Turbulenzsimulierung
• Gyrokinetische PIC-Simulation

Dreidimensionale Randschichtphysik

• Divertortransport
• Entwicklung von Monte-Carlo-Methoden in der Randschicht
• Entwicklung eines allgemeinen 3D FV Transport-Codes

Heizung, Stromtrieb und Szenarioentwicklung für Wendelstein 7-X

• Kinetische Theorie
• Elektron-Zyklotron-Stromtrieb mit dem TRAVIS-Code
• Eindimensionale Transportmodellierung
• Neutralteilchen-Stromtrieb

Das Ziel ist einerseits, das grundlegende Wissen über theoretische Stellarator- und Fusionsphysik zu erweitern und andererseits eine detaillierte Modellierung sowie Experimentplanung für den Wendelstein 7-X zur Verfügung zu stellen.