Instabilitäten
Instabilitäten können den Betriebsbereich von Fusionsplasmen empfindlich begrenzen.
Um leistungsfähige, stabile Plasmazustände zu entwickeln, muss man das Entstehen der verschiedenen Instabilitäten verstehen. An ASDEX Upgrade werden unter anderem untersucht:
- "Edge Localized Modes" (ELM): Diese Rand-Instabilitäten des Plasmas wirken besonders belastend für den Divertor, weil sie Plasmateilchen und -energien gebündelt und schlagartig auf die Platten werfen. Für den großen ITER sind sie eine erhebliche Herausforderung. Andererseits sorgen die ELMs auch für das Ausschleudern von Verunreinigungen aus dem Plasma. Statt der üblichen starken ELM-Einschläge wünscht man sich deshalb schwächere und dafür häufigere ELMs. Beispiel: Plasma-Stabilität nach Maß
- Stromabbruch (Disruption):
Optimale Leistung erreicht ein Tokamak-Plasma oft in der Nähe von Betriebsgrenzen, die zum plötzlichen Abbruch des im Plasma fließenden elektrischen Stromes führen können. Dabei wirken starke Kräfte auf die Maschine ein.
Sind die Ursachen bekannt, kann der Stromabbruch in vielen Fällen vermieden werden, zum Beispiel durch Echtzeit-Erkennung und aktive Beeinflussung der laufenden Entladung. Ist ein Stromabbruch unvermeidlich, kann durch verschiedene Massnahmen – etwa Injektion eines mit Verunreinigungen beladenen Pellets – die Entladung schonend abgebrochen werden. - "Neoklassische Tearing Mode":
Diese druckgetriebene Instabilität begrenzt den Plasmadruck durch Ausbildung von magnetischen Inseln.
Durch lokalen Stromtrieb und Heizung per Mikrowellen lassen sich solche Instabilitäten aufheben.
Beispiel: ASDEX Upgrade löst Instabilitäten auf
- Instabilität durch schnelle Teilchen: Schnelle Teilchen, insbesondere die energiereichen Helium-Kerne, die bei der Fusionsreaktion entstehen, können in einem Kraftwerksplasma charakteristische Instabilitäten ("Fishbones") erzeugen, die den radialen Transport erhöhen. Dies wird an ASDEX Upgrade experimentell untersucht und mit numerischen Rechnungen verglichen.