Experimentelle Validierung für turbulenzbedingte Aufweitung des Plasma-Wand-Wechselwirkungsbereichs

Fusionsplasmen deponieren einen Teil der erzeugten Energie auf Oberflächen im Vakuumgefäß. Die Größe der Wechselwirkungsfläche zwischen dem Plasma und der Wand ist ein kritischer Parameter.

Die Größe der Wechselwirkungsfläche zwischen dem Plasma und der Wand ist ein kritischer Parameter für den Betrieb eines Fusionsreaktors, denn sie bestimmt die Temperatur der plasmabelasteten Oberfläche.

Vergrößerung der Randschichtbreite als Funktion des Turbulenzkontrollparameters. Die Farbkodierung repräsentiert die Plasmakollisionalität . Die ASDEX Upgrade-Daten überspannen, wie theoretisch erwartet, einem Bereich von 0 bis 1.

Abbildung: IPP

Vergrößerung der Randschichtbreite als Funktion des Turbulenzkontrollparameters. Die Farbkodierung repräsentiert die Plasmakollisionalität . Die ASDEX Upgrade-Daten überspannen, wie theoretisch erwartet, einem Bereich von 0 bis 1.

Abbildung: IPP

Ein Vergleich dieser Wechselwirkungsfläche in den wichtigsten Tokamaks weltweit zeigte, dass sie zwar linear mit dem Durchmesser des Tokamaks wächst, aber umgekehrt proportional mit der Magnetfeldstärke abnimmt und daher in der Summe ungefähr konstant bleibt.

Neue experimentelle Untersuchungen an ASDEX Upgrade haben jetzt gezeigt, daß turbulenter Wärmetransport diese Fläche verdreifachen kann. Im inneren Plasma senkt Turbulenz zwar die Effizienz eines Fusionsreaktors, am Plasmarand jedoch ist sie von Vorteil, da sie hilft, die plasmabelastete Fläche zu vergrößern und so die Belastung der Oberflächen zu reduziert. Die Abbildung zeigt die die Vergrößerung der belasteten Fläche als Funktion eines theoretischen Parameters, der die Stärke der Turbulenz beschreibt. Die Arbeit ist jetzt in Nuclear Fusion erschienen.