AbstractsBiology & Animal Science

Influence of RF heating and MHD instabilities on the fast-ion distribution in ASDEX Upgrade

by Markus Weiland




Institution: Ludwig-Maximilians-Universität
Department:
Year: 2016
Posted: 02/05/2017
Record ID: 2135152
Full text PDF: https://edoc.ub.uni-muenchen.de/19669/


Abstract

Schnelle, supra-thermische Ionen stellen einen leistungsstarken Mechanismus zur Plasmaheizung dar. Durch Coulombstöße geben sie ihre Energie an das Hauptplasma ab, während sie selbst abgebremst werden. In aktuellen Plasmaexperimenten werden schnelle Ionen durch Neutralteilcheninjektion und Ionenzyklotronresonanzheizung (ICRH) erzeugt. In zukünftigen Fusionsreaktoren wird das selbstständige Brennen des gezündeten Plasmas durch schnelle α-Ionen aus Fusionsreaktionen ermöglicht. Darüberhinaus können schnelle Ionen benutzt werden, um Plasmastrom und -rotation zu treiben. Für den Erfolg zukünftiger Fusionsanlagen (wie ITER und DEMO) ist es daher entscheidend, die Physik schneller Ionen zu verstehen, um deren sicheren Einschluss zu gewährleisten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit theoretischen und experimentellen Aspekten. Ein Modell zur raschen Berechnung der Verteilungsfunktion schneller Ionen wurde entwickelt, basierend auf einer Kombination bereits existierender Codes und analytischen Lösungen. Der vergleichsweise niedrige numerische Aufwand ermöglicht es, die Verteilungsfunktion der schnellen Ionen für viele Plasmaentladungen zu rechnen, was dazu benutzt wird, um die Rekonstruktion des Plasmagleichgewichts zu verbessern. Die experimentellen Untersuchungen zur Physik schneller Ionen wurden am Tokamak ASDEX Upgrade mittels einer FIDA (Fast Ion D-Alpha) Diagnostik durchgeführt. Diese Diagnostikmethode benutzt Ladungsaustauschreaktionen, um die Ionen unter Beibehaltung ihres Impulses in neutrale Atome umzuwandeln. Deren Lichtemission wird durch optische Elemente in der Maschine gesammelt und mit Spektrometern analysiert. Im Spektrum erkennt man schnelle Ionen an ihrer starken Doppler-Verschiebung und die Form des Spektrums erlaubt Rückschlüsse über die Geschwindigkeitsverteilung. Da die Doppler-Verschiebung durch eine Projektion des Ionengeschwindigkeitsvektors auf die Sichtlinie gegeben ist, sind Sichtlinien aus verschiedenen Beobachtungsrichtungen nötig, um den ganzen Geschwindigkeitsraum abzudecken. Deshalb wurde die FIDA Diagnostik von drei auf fünf Sichtliniengruppen ausgebaut und das Spektrometer wurde modifiziert, um eine gleichzeitige Beobachtung von blau- und rotverschobenem Licht zu ermöglichen. Diese Erweiterungen erlauben es, die 2D Geschwindigkeitsverteilung der schnellen Ionen an mehreren wohldefinierten Messpositionen tomografisch zu rekonstruieren. Diese erweiterten Möglichkeiten werden benutzt, um den Transport schneller Ionen durch Plasmainstabilitäten zu untersuchen. Die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Umverteilung während Sägezahninstabilitäten wurde gemessen. Es zeigt sich, dass schnelle Ionen mit hohem Geschwindigkeitsanteil senkrecht zum Magnetfeld schwächer umverteilt werden als andere schnelle Ionen, und physikalische Erklärungen hierfür werden diskutiert. Ferner wird der Transport schneller Ionen durch Alfvén Eigenmoden (AE) untersucht, wobei signifikante Umverteilung durch eine AE Kaskade gefunden wird. Darüber hinaus wird die Beschleunigung von schnellen Deuteriumionen durch… Advisors/Committee Members: Zohm, Hartmut (advisor).