Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3680
Hobrik, Jörg
Verbesserung des Energie- und Teilcheneinschlusses nach Pelletinjektion
83 S., 1999
In dieser Arbeit wurde der Einfluß von Pellets auf die Energieeinschlußzeit in
verschiedenen Entladungstypen untersucht. Durch die Ablation eines Pellets
wird die Elektronendichte im Plasma kurzzeitig erhöht und die
Elektronentemperatur wird abgesenkt, da Energie aus dem Plasma zur Ionisation und
Aufheizung der ablatierten Teilchen des Pellets benutzt wird.
In ohmschen Plasmen mit hoher Dichte werden in der Wiederaufheizphase
nach der Pelletablation Teilchen in das Plasmazentrum transportiert, so
daß die Dichte und die Temperatur im Zentrum gleichzeitig steigen. Diese
Druckerhöhung im Plasmazentrum entspricht einer Erhöhung des Energieinhaltes
im Plasma und damit einer Erhöhung der Energieeinschlußzeit
im Vergleich zu den Werten vor der Pelletinjektion. Der einwärts gerichtete
Nettotransport von Teilchen ist mit einer Reduktion der Sägezahnaktivität
nach Einschuß des Pellets korreliert; nach dem Wiedereinsetzen der Aktivität
wird der Transport im Plasma wieder normalisiert und die Plasmaparameter
realxieren.
Bei stark extern geheizten Plasmen mit mäßigem Einschluß (L-Mode)
und ohmschen Plasmen mit niedriger Dichte bewirkt ein erhöhter Transport
im Plasma, daß die Dichteerhöhung durch das Pellet schnell abgebaut wird.
Die Erhöhung des Energieinhaltes im Plasma ist gering oder bleibt aus.
Bei der Injektion von Pellets in Plasmen mit verbesserten Energieeinschluß
durch Strahlungskühlung (RI-Mode) führt ein Pellet zu quasistationärem
verbesserten Energieeinschluß, sofern keine Modenaktivität oder
MARFE-Aktivität den Effekt zerstört. Die Dichteerhöhung durch das Pellet
wird zunächst so schnell wie in L-Mode-Plasmen abgebaut, aber Gegensatz zu
allen anderen bekannten Entladungstypen nicht vollständig. Später werden
Teilchen von außen in das zentrale Plasma transportiert, so daß die Dichte
für den Rest der Entladung erhöht bleibt. Da die Temperatur nicht gesunken
ist, ist mit der Dichte auch die Energie im Plasma erhöht worden. Weiterhin
werden keine zusätzlichen Verunreinigungen in das Zentrum transportiert, so
daß das Zeff abgesenkt wird und die Neutronenrate ansteigt. Die Änderung
der Plasmaparameter findet hauptsächlich im Plasmazentrum statt während
Randschichtparameter sich nur geringfügig ändern.
Modelrechnungen legen nahe, daß die ITG (Ionentemperatur-Gradienten-
Instabilität) durch Verunreinigungen im Plasma und ein steiles Elektronendichteprofil
stabilisiert werden kann. Da durch die Pelletinjektion das Dichteprofil
zugespitzt wird - also eine zur RI-Mode führende vorteilhafte Eigenschaft
weiter verbessert wird - bauen erste Erklärungsansätze auf der weiteren
Stabilisierung der ITG mit Hilfe einer Änderung des Elektronendichteprofils
durch die Pelletinjektion auf.
In this work, the influence of pellet injection on the energy confinement time
in different types of discharges has been investigated. During the ablation
of a pellet, the electron density is increased. At the same time the electron
temperature is decreased because the energy of the plasma is used to ionize
and heat the ablated particles of the pellet.
After the pellet injection the plasma is reheated. In ohmic plasmas with
high density particles are transported into the core during this phase. In this
way the density and the temperature in the core are increased leading to a
pressure increase and an increase in the energy content of the plasma and to
an increase in the energy confinement time. The inward transport of particles
can be stopped by reappearing of sawtooth activity which was stopped by
the pellet injection; the plasma relaxes to the initial state.
In strongly heated plasmas with low confinement (L-mode) and ohmic
discharges with low density, the increased transport causes a rapid loss of
the additional density coming from the pellet. Because of this the energy
increase is much smaller or vanishes.
In radiation cooled discharges with improved confinement (RI-mode), the
pellet injection leads to a quasi stationary improved energy confinement pro-
vided that no mode activity or MARFE's are exited destroying the confine-
ment improvement. Also here the initial increase in plasma density is reduced
similar to L-mode discharges however in contrast to all other discharge ty-
pes the reduction stops. Later, particles are transported from outside into
the plasma core establishing and enhanced core density for the rest of the
discharge. Because the temperature has been recovered quickly after the the
pellet injection, the energy in the plasma is increased together with the den-
sity. Furthermore, no additional impurities are transported into the plasma
core so that the Zeff is decreased and the neutron production rate is incre-
ased. The change in plasma parameters takes place only in the core plasma
and the plasma edge is not influenced significantly.
Model calculations show that the ITG (Ion- Temperature-Gradient insta-
bility) can be stabilized by impurities and a steep electron density profile.
Because the pellet injection increases the central density and the density
profile steepens more - meaning the positive characteristics of the RI-mode
are improved - the first explanations for the observed improvement after the
pellet injection are based on stabilizing the ITG mode further by changing
the electron density profile due to pellet injection.
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