Experimentelle Bestimmung der Eigenschaften des Bortransports in ASDEX-Upgrade-Plasmen
Die Transporteigenschaften von Bor-Ionen in ASDEX-Upgrade-Plasmen wurden experimentell bestimmt und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. Diese Untersuchungen sind wesentlich für den Erfolg des Fusionsprogramms, da der Transport von Elementen mit niedrigen und hohen Ladungszahlen in zukünftigen Fusionsreaktoren kontrolliert werden muss, um die Fusionsleistung zu optimieren.
Modulation der Bor-Dichte in ASDEX-Upgrade-Entladung 33027 durch Rechteck-Modulation einer angelegten ICRH-Heizleistung von 1 MW.
Bei ASDEX Upgrade wurde eine neue Messmethode entdeckt und umgesetzt, mit der die Transportkoeffizienten von Bor-Ionen im Plasma bestimmt werden können. Bei Ionenzyklotronresonanzheizung (ICRH) wurde gleichzeitig eine Zunahme der Bordichte beobachtet, die sich vom Plasmarand in Richtung Zentrum ausbreitet. Dieser Effekt wurde genutzt um eine zeitabhängige Modulation der Bordichte zu erzeugen, aus der die Transportkoeffizienten bestimmt werden konnten.
Die Analyse der Daten zeigt, dass Neutralteilchenheizung zu einer nach außen gerichteten Konvektion von leichten Verunreinigungen führt, die vermutlich mit den starken Gradienten in der Ionentemperatur, der toroidalen Geschwindigkeit und den hohen Machzahlen zusammenhängt. Umgekehrt führt die Verwendung von starker Elektronenheizung, die zu vergleichsweise niedrigeren Ionentemperaturgradienten und Rotationsgeschwindigkeiten führt, zu einer nach innen gerichteten Konvektion und einer Erhöhung des Diffusionskoeffizienten. Ein detaillierter Vergleich mit theoretischen Vorhersagen zeigte, dass die nach außen gerichtete Konvektion, von den Simulationen nicht erklärt werden kann, obwohl die gemessenen Diffusionskoeffizienten durch die Theorie des turbulenten Transports gut beschrieben werden.
Mit dieser Arbeit hat Cecilia Bruhn am 8.01.2019 an der TUM promoviert.
Details finden sich in Plasma Physics and Controlled Fusion, 60 (2018) 085011.
Open Access Artikel.