Plasmadiagnostik für Wendelstein 7-X

Das Plasma von Wendelstein 7-X wird durch zahlreiche Messgeräte oder „Diagnostiken“ beobachtet werden. Der Aufbau der Apparaturen ist in vollem Gange.


Für die erste Betriebsphase der Anlage, die Ende 2015 begann, muss ein Grundstock von Diagnostiken zur Verfügung stehen. Sie dienen dazu, das Plasma zu steuern und seine wesentlichen Kenndaten aufzunehmen, darunter:

  • Interferometer (Messung der mittleren Elektronendichte)
  • Langmuir-Sonden (Elektronendichte und -temperatur am Plasmarand)
  • Elektronenzyklotronemissions-Diagnostik (Profil der Elektronentemperatur)
  • Video- und Infrarotkameras (Plasmarand und Erwärmung von Komponenten)

Noch vor der Erzeugung des ersten Plasmas trat die Flussflächen-Diagnostik in Aktion, um die magnetischen Flussflächen auszumessen. Ihre Ergebnisse wurden mit besonderer Spannung erwartet: Sie prüft, ob die supraleitenden Magnete das gewünschte magnetische Feld – das Herzstück der Wendelstein-Anlage, von dessen Form die Güte der für das Plasma erreichbaren Wärmeisolation abhängt – mit der angestrebten Genauigkeit erzeugen.

Im evakuierten Plasmagefäß folgt dazu ein dünner Elektronenstrahl den Magnetfeldlinien. In genau berechneter Weise sollen sie geschlossene, ineinander geschachtelte Flächen – die magnetischen Flussflächen – aufbauen. Ein stabförmiger Fluoreszenzdetektor schwenkt durch den Querschnitt des Magnetfeldes. Immer wenn er von dem Elektronenstrahl getroffen wird, leuchtet ein kleiner Lichtblitz auf, den eine Videokamera aufnimmt. Bei seinen Umläufen längs der Magnetfeldlinien zeichnet der Elektronenstrahl so nach und nach den kompletten Plasmaquerschnitt auf. So erfährt man, ob die speziell geformten Magnetspulen von Wendelstein 7-X den richtigen Magnetfeldkäfig für das Plasma aufbauen. Zu ersten Ergebnissen siehe IPP-Info 7/2015.

Montage der diamagnetischen Schleife im Plasmagefäß: Die kupferne Schleife (Bildvordergrund) umschließt den gesamten Plasmaquerschnitt und registriert Änderungen des magnetischen Feldes, die durch Variationen der Plasmaenergie oder der Verteilung elektrischer Ströme im Plasma hervorgerufen werden.

In späteren Experimentierphasen kommt eine Vielzahl weiterer Messgeräte hinzu, um die Plasmaeigenschaften in allen Details erkunden zu können:

  • Thomson-Streuung (Profile der Elektronentemperatur und -dichte)
  • VUV/XUV-Spektrometer HEXOS (Verunreinigungen im Plasmazentrum)
  • Röntgenspektrometer (Elektronen- und Ionen-Temperatur, Plasma-Rotation, Verunreinigungsverteilung)
  • Spektrometer für sichtbaren Wellenlängenbereich (Verunreinigungen am Plasmarand)
  • Heliumstrahldiagnostik (Elektronendichte und -temperatur am Plasmarand)
  • Diamagnetische Schleife (Gesamtenergie des Plasmas)
  • Rogowski-Spulen (Netto-Strom im Plasma)
  • Mirnov-Spulen (Änderung des Magnetfelds)
  • Reflektrometer (Turbulenz, Plasmarotation, Elektronendichteprofil am Plasmarand)
  • Bolometer (elektromagnetische Wellen aus dem Plasma)
  • Thermographie (Temperatur von Komponenten am Plasmarand)
  • Ladungsaustauschdiagnostik (Ionentemperatur, elektrische Felder)
  • und weitere mehr

Die Messgeräte nutzen unterschiedlichste physikalische Effekte zur Diagnostik aus. Ziel ist es, die Eigenschaften des Plasmas erkunden, ohne es dabei zu stören.

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