Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3835
Ziel der vorliegendenen Arbeit ist, die Randschichtstruktur des Tokamak TEXTOR-94 zu untersuchen und die Korrelation zwischen den Parametern des Randschichtplasmas und den von außen vorgegebenen Entladungsparametern sowie die Transportmechanismen in der Randschicht zu analysieren. Dabei wird durch Vergleich mit einem eindimensionalen analytischen Modell und den Ergebnissen der zweidimensionalen Modellierung mit dem Flüssigkeits-Code TECXY die Bedeutung von Driften und Quellen für die räumliche Struktur der Randschicht aufgedeckt.
Radiale Profile der Randschichtparameter Elektronendichte und -temperatur werden durch die spektroskopische Beobachtung eines thermischen Heliumstrahls an drei unterschiedlichen poloidalen Positionen bestimmt: zu beiden Seiten des toroidalen Ringlimiters, d.h. an der äußeren und unteren Seite des kreisförmigen Plasmas in TEXTOR-94 sowie an der Innenseite. Auf der Außenseite konnten zusätzlich poloidale Geschwindigkeiten und Ionentemperaturen durch Ladungsaustauschspektroskopie mit Hilfe des thermischen Heliumstrahls ermittelt werden.
Die Driftbewegungen aufgrund von elektrischen Felder und Druckgradienten in der Plasmarandschicht haben wesentlichen Einfluß auf die radiale und poloidale Dichteverteilung. Radiale Driften bewirken ein Abflachen oder Aufsteilen von Dichtegradienten, je nach Orientierung der Driftrichtung. Poloidale Driften verändern in komplexer Weise den parallelen Transport und bewirken damit eine asymmetrische Dichteverteilung entlang der Feldlinien. Hohe Heizleistungen oder eine geringe helikale Verschraubung der Feldlinien führen zu einer Erhöhung dieser Asymmetrie. Die Existenz zweier poloidal gegenläufig rotierender Schichten wird anhand der Geschwindigkeitsmessungen an C6+ nachgewiesen. Die Invertierung der Magnetfelder bewirkt eine Umkehr der Rotation und dient als Nachweis der Driften. Darüber hinaus zeigen die Messungen, daß die Quellverteilung von Neutral-teilchen in der Randschicht wesentlichen Einfluß auf die radialen Dichteprofile besitzt. In Entladungen mit hoher Dichte ist in der Nähe des Limiters ein lokales Maximum der Dichte aufgrund von Neutralteilchenionisation zu beobachten. Die Dichte auf der Außenseite kann in diesen Fällen das Doppelte der Dichte auf der Innenseite erreichen. Messungen der Abfallänge zeigen, daß die Randschicht von TEXTOR-94 in Entladungen hoher Dichte eine Zone mit signifikanter Ionisationsrate ist.
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß Driften und Quellen bei der Beschreibung der Plasmarandschicht - insbesondere hinsichtlich der Trans-portkoeffizienten und lokaler Prozesse in der Nähe der Oberflächen - nicht zu vernachlässigen sind.
Lehnen, Michael
Untersuchungen der Plasmarandschichtstruktur im Tokamak TEXTOR-94 mittels der Heliumstrahldiagnostik
ii, 116 S., 2000
Die Untersuchung der Plasma-Wand-Wechselwirkung spielt eine bedeutende Rolle bei der Erforschung von Hochtemperaturplasmen. Eine wichtige Fragestellung ist dabei die Energie- und Teilchenabfuhr in einem zukünftigen Fusionsreaktor. Eine möglichst genaue Kenntnis der Plasmarandschichtparameter ist eine wichtige Voraussetzung zum Verständnis der relevanten physikalischen Prozesse.
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