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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Letzte Änderung: 07.06.2022