Numerische Modellierung eines erhöhten turbulenten Transports in der  Plasmarandschicht

Ein experimentell beobachtetes Regime des verstärkten turbulenzgetriebenen radialen Transports von Plasmateilchen wurde numerisch simuliert

Die Optimierung von Teilchen- und Leistungsabfuhr aus Fusionsplasmen ist im Hinblick auf das Design zukünftiger Fusionskraftwerke erforderlich, um eine thermische Überlastung und die Erosion der plasmabelasteten Materialen zu reduzieren.

Am Tokamak ASDEX Upgrade wurde ein Regime erhöhten radialen Transports im Plasma der Abschälschicht (SOL) beobachtet, was auf einen advektiven (d.h. nicht proportional zum Dichtegradienten) Dichtetransport hindeutet. Realistische Randplasmasimulationen, die mit dem SOLPS-ITER-Code durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Transportkoeffizienten, die zur Reproduktion des Dichteprofils erforderlich sind, größere Werte haben, als sie von Diffusionsmodellen vorhergesagt werden. Die Werte stimmen jedoch mit einem kürzlich entwickelten nichtlokalen Transportmodell überein.

Diese Arbeit hat Erkenntnisse zur Physik der Dichte- und Leistungsabfuhr geliefert. Das Erreichen eines partiellen Detachements des Divertors, ein erwünschtes Divertorplasmaregime, wird durch den erhöhten radialen Transport erleichtert und das in die ferne SOL transportierte Plasma führt zur Reionisierung von neutralem Deuterium, das am äußeren Divertortarget in der fernen SOL recycelt wird. Dies liefert eine mögliche Erklärung für die erhöhte Dichte, die in den Profilen der Mittelebene beobachtet wird und als "Dichteschulter" bekannt ist.

Diese Ergebnisse helfen, eine Grundlage für die Vorhersage der Teilchen- und Leistungsflüsse zu schaffen, denen die Materialen in zukünftigen Fusionskraftwerken in realistischen Plasmaszenarien standhalten werden müssen.

Diese Arbeit wurde kürzlich publiziert in A. Zito et al, Plasma Phys. Control. Fusion 63,075003, 2021.

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