Turbulenz am äußersten Plasmarand setzt Grenzen für Plasmaregime in Tokamaks

Zukünftige Fusionsreaktoren sollen bei möglichst hoher Plasmadichte betrieben werden. Die maximal erreichbare Dichte wird jedoch durch turbulente Vorgänge eingeschränkt.

Die Fusionsleistung eines Reaktors wird maßgeblich durch die Plasmadichte bestimmt. Diese ist ebenfalls ein wichtiger Parameter für die Leistungsabfuhr des Fusionsplasmas. In beiden Fällen möchte man möglichst hohe Dichten erreichen. Experimentelle Untersuchungen an ASDEX Upgrade haben nun aufgezeigt, dass die Dichte am Plasmarand durch turbulente Vorgänge begrenzt wird.

Die Grafik zeigt gemessene Wertepaare von Elektronentemperatur und –dichte an der Separatrix, der äußersten geschlossenen magnetischen Flussfläche. Die durchgezogenen Linien beschreiben durch Turbulenz vorgegebene Grenzbereiche.

Im Einzelnen wurden drei Grenzen aus den Turbulenz-Grundgleichungen abgeleitet.   Der Übergang von L- zu H-Mode-Plasmen ist erreicht, wenn eine Verscherung der Plasmaströmung den turbulenten Transport effektiv dämpft (blaue Linie). Die Dichtegrenze von L-Mode Plasmen wird durch den Übergang von elektrostatischer zu elektromagnetischer Turbulenz beschrieben (rote Linie). Weiterhin schränkt die ideale Magnetohydrodynamik das gleichzeitige Erreichen von hoher Dichte und hoher Temperatur für H-Moden ein (schwarze Linie).

Die Veröffentlichung ist hier zu finden: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ac0412

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