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Plasmaentladungen

Heutige Tokamaks – bestimmt für die plasmaphysikalische Grundlagenforschung – arbeiten meist mit normalleitenden Magnetspulen aus Kupfer. Sie erzeugen das Plasma daher in kurzen Entladungen von 1 bis 20 Sekunden Dauer. Der mit supraleitenden Magnetspulen ausgerüstete Experimentalreaktor ITER wird Entladungsdauern bis zu einer Viertelstunde erreichen. Bei einem späteren Tokamakkraftwerk kann man sich Pulszeiten von etwa einer Stunde vorstellen.


Vor der Entladung herrscht im Plasmagefäß ein Hochvakuum von 10-8 Millibar. Zunächst wird das äußere Magnetfeld aufgebaut sowie der Strom in der Transformatorspule hochgefahren. Kurz vor Beginn der Entladung wird Wasserstoffgas in das Gefäß eingelassen, der Druck steigt auf einige 10-5 Millibar. Anschließend wird der Transformator entladen, d.h. der Strom langsam heruntergefahren. So wird eine Umfangsspannung von etwa 10 Volt induziert, die die Entladung startet:

Das Wasserstoffgas wird ionisiert – es verwandelt sich in ein Plasma, das durch feedback-kontrollierte Regelung von Plasmalage, Plasmaquerschnitt und Plasmastrom aufgebaut wird. Angepasst an den Stromanstieg wird die Plasmadichte durch Gaseinlass auf den gewünschten Wert gebracht. Mit Beginn der Plasmaheizung laufen in dem nun erreichten Zustand mit konstantem Plasmastrom die eigentlichen Experimente ab. Das Plasma erreicht Temperaturen von 100 bis 200 Millionen Grad.

Das Ende der Entladung ist bestimmt durch den Transformator, der den Plasmastrom treibt. Ist dort das Stromminimum erreicht, ist keine weitere Flussänderung mehr möglich: der Strom im Plasma nimmt langsam ab.

Plasmaentladung im IPP-Tokamak ASDEX Upgrade


 
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