Teil einer wissenschaftlichen Grafik mit vertikalen Linien in Blau, Grün und Gelb.

Experimentelle Validierung physikbasierter Plasmarandmodelle

Die vom BMFTR geförderte Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der experimentellen Validierung von physikbasierten Plasmarandmodellen sowie der Weiterentwicklung von Plasmadiagnostiken.

Motivation:

Die Plasmarandregion in Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss bestimmt entscheidend die Reaktorperformance und die Belastung der Wandmaterialien. Durch starke Druckgradienten verursachte Instabilitäten wie Plasmarandmoden und Filamente können zu temporär erhöhten Wandbelastungen führen, welche die Materialintegrität gefährden und Verunreinigungen freisetzen. Um die Performance und Wandbelastungen künftiger Fusionsreaktoren vorhersagen und optimieren zu können, sind validierte, physikbasierte Plasmarandmodelle unverzichtbar.

Forschungsansatz:

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Validierungsumgebung für Plasmarandmodelle, die Simulationen und experimentelle Daten durch synthetische Diagnostiken verbindet. Dies erlaubt einen quantitativen Vergleich von Plasmaparametern wie Dichte und Temperatur, aufgelöst auf kleinen räumlichen und zeitlichen Skalen, welche für den turbulenten Transport im Plasmarandbereich entscheidend sind. Schlüsseldiagnostiken hierbei sind die thermische Heliumstrahldiagnostik, Langmuirsonden, Reflektometer sowie Heißkathoden-Ionisationsmanometer zur Neutralgasdruckmessung. Die experimentellen Arbeiten umfassen hochaufgelöste Messungen am Stellarator W7-X und am Tokamak ASDEX Upgrade. Zudem soll eine optimierte Version der Manometer entwickelt und durch Labortests validiert werden.

Perspektiven:

Durch die enge Verknüpfung von Tokamak- und Stellaratorforschung sowie von Modellierung und Experiment werden Schlüsselprozesse identifiziert, die für die Entwicklung hochperformanter, ELM-freier Betriebsregime und die damit verbundenen Belastungen der Reaktorwand entscheidend sind. Eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Plasmarandcodes wird hierdurch gefördert. Die optimierten Manometer sind zudem für die Echtzeitsteuerung von Fusionsreaktoren essenziell.