Highlights 2013

Hochpräzisionsmessungen des radialen elektrischen Felds an ASDEX Upgrade

In magnetisch eingeschlossenen Fusionsplasmen wird während des Übergangs von einem turbulenten Plasmaregime mit niedrigem Energieeinschluss (L-mode) in ein Regime mit hohem Energieeinschluss (H-mode) eine Transportbarriere am Rand des Plasmas aufgebaut. Diese erstreckt sich typischerweise nur über die äußersten 5% des eingeschlossenen Plasmas. Verscherte Plasmaströmung senkrecht zum Magnetfeld, hervorgerufen durch ein radiales elektrisches Feld E_r, spielt eine wesentliche Rolle für die Unterdrückung der Turbulenz am Plasmarand und damit für den Übergang in die H-mode. Daher ist das Wechselspiel zwischen makroskopischen Strömungen und mikroturbulentem Transport ausschlaggebend um den Einschluss des Plasmas zu verstehen.

Am Tokamak ASDEX Upgrade (AUG) wurden neue optische Diagnostiken an der Innen- und an der Außenseite installiert um das radiale elektrische Feld zu bestimmen. Die Messungen beruhen auf Ladungsaustauschspektroskopie im sichtbaren Spektralbereich. Diese neuen Diagnostiken ermöglichen die Messung zeitlich und räumlich hochaufgelöster Profile der Ionentemperatur, Verunreinigungsdichte und Rotationsgeschwindigkeit einer bestimmten Ionenspezies. Mithilfe der radialen Kraftbilanz wird das E_r-Profil direkt aus den Messdaten und erstmals sowohl an der Hochfeld- als auch der Niederfeldseite bestimmt. Die Diagnostik ermöglichen eine bisher nicht erreichte hochpräzise Lokalisierung (2-3 mm) des E_r-Profils. Es hat sich herausgestellt, dass die Position der maximalen ExB (ω_ExB) Scherrate mit dem Ort des steilsten Ionendruckgradienten übereinstimmt und innerhalb des Er Minimums liegt (siehe Abbildung 1). Dieses Resultat deutet darauf hin, dass die Region mit negativer E_r-Verscherung entscheidend ist für den Aufbau der Randtransportbarriere.

In der radialen Kraftgleichung der Verunreinigungen ist der poloidale Rotationsterm der bestimmende Beitrag für die Auswertung von E_r am Plasmarand. Ein Vergleich des E_r Profils mit dem Druckgradiententerm der Hauptionen ∇p_i/en_i zeigt, dass dieser Term am Plasmarand in der radialen Kraftbilanz der Hauptionen dominant ist. Dies  unterstützt die Annahme, dass das E_r Minimum durch die Gradienten der Hauptionen hervorgerufen wird. Die Übereinstimmung zwischen dem E_r Minimum und dem maximalen Druckgradiententerm der Hauptionen ist im Einklang mit der Tatsache, dass sich die poloidale Strömung der Hauptionen neoklassisch verhält.