3D-Effekte und Transport im Pedestal

Die Forschungsgruppe untersucht die physikalischen Mechanismen toroidaler Asymmetrien am Plasmarand und deren Einfluss auf den Transport im Pedestal-Bereich.

Die Welt ist nicht ideal, und das gilt auch für die toroidale Symmetrie eines Tokamaks. Durch Konstruktionsungenauigkeiten oder externe Einflüsse wie Spulenzuleitungen entstehen sogenannte intrinsische magnetische Störfelder, die zu einer Abweichung von der idealen toroidalen Symmetrie des Tokamak-Plasmas führen. Diese Störungen können die Stabilität des Plasmarandes beeinflussen und zusätzlichen Wärme-, Teilchen- und Momentumtransport verursachen, im schlimmsten Fall sogar zu einem plötzlichen Stromabbruch führen. Magnetische Störungen können jedoch auch positive Effekte haben. So können gezielt angelegte externe Störungen eruptive Randinstabilitäten unterdrücken, was für zukünftige Fusionskraftwerke von Bedeutung ist.

Die Farben in der Grafik stellen die 3D-Verformung der Oberfläche des Tokamak-Plasmas dar (Rot zeigt eine Auswölbung nach außen, Blau eine Einbuchtung nach innen), die durch Störspulen (schwarze Spulen) hervorgerufen wird. Zudem wird eine kleine magnetische Insel erzeugt, deren Struktur erfolgreich mithilfe hochauflösender Elektronentemperaturmessungen erfasst wurde.

Grafik: Adaptiert von M. Willensdorfer, et al. Nat. Phys. (2024), unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0

Die Farben in der Grafik stellen die 3D-Verformung der Oberfläche des Tokamak-Plasmas dar (Rot zeigt eine Auswölbung nach außen, Blau eine Einbuchtung nach innen), die durch Störspulen (schwarze Spulen) hervorgerufen wird. Zudem wird eine kleine magnetische Insel erzeugt, deren Struktur erfolgreich mithilfe hochauflösender Elektronentemperaturmessungen erfasst wurde.

Grafik: Adaptiert von M. Willensdorfer, et al. Nat. Phys. (2024), unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0

Die Forschungsgruppe untersucht folgende Schwerpunkte:

Betrieb und Entwicklung von Diagnostiken: Implementierung von Methoden wie der Thomson-Streuung im Divertor, Elektronenzyklotron-Emissionsprofilen und Bildgebung im Plasmarandbereich.
Anwendung von Echtzeitmessungen: Entwicklung und Einsatz von Echtzeitmessungen zur Profilkontrolle und Stabilitätsüberwachung.
Einfluss von Asymmetrien auf Instabilitäten: Nicht-axialsymmetrische magnetische Störfelder können das Verhalten und die Symmetrie von magnetohydrodynamischen (MHD)-Instabilitäten beeinflussen. Hierzu vergleichen wir Messungen mit 3D-MHD-Codes wie CASTOR3D und JOREK, die auch in Stellaratoren Anwendung finden.
Einfluss externer magnetischer Störungen auf den Transport: Kleine Symmetrieabweichungen können einen großen Effekt auf den Transport haben, insbesondere auf den Momentumtransport. Da jeder Tokamak ein unterschiedliches intrinsisches Störfeld aufweist, ist es wichtig, diesen Effekt zu kennen und beschreiben zu können. Der Vergleich zwischen Messungen und Codes ist hierbei essenziell.
Physik der Unterdrückung von Randinstabilitäten: Untersuchung der ELM-Unterdrückung (Edge Localized Modes) durch gezielte magnetische Störungen. Wir untersuchen die notwendigen Bedingungen und die Physik dahinter.