Browsing by Author "Fuchert, Golo"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Dynamics and structure analysis of coherent turbulent structures at the boundary of toroidally confined plasmas
(2013) Fuchert, Golo; Stroth, Ulrich (Prof. Dr.)
Die sichere und finanzierbare Deckung des steigenden Energiebedarfs ist eine der größten Herausforderungen unseres Jahrhunderts. Kernfusionskraftwerke nach dem Prinzip des magnetischen Einschlusses können möglicherweise einen entscheidenden Beitrag leisten. Derzeit verhindern Energieverluste des Fusionsplasmas durch Turbulenz einen effizienten Betrieb und erhöhen die Erosion der Innenwand des Fusionsreaktors. Nahe der Wand, in der sogenannten Abschälschicht, wird der Transport dominiert von Blobs oder Filamenten: lokalisierte Strukturen erhöhten Drucks, die Energie und Teilchen in Richtung der Wand transportieren. Der Transport hängt unter anderem ab von der Größe, Geschwindigkeit und Entstehungsrate der Blobs. Für einfache Geometrien des einschließenden Magnetfelds sagt ein analytisches Modell die Größe und Geschwindigkeit der Blobs voraus, nicht aber die Entstehungsrate. Experimentelle Beobachtungen deuten auf eine Beteiligung der Randschichtturbulenz in der Nähe der letzten geschlossenen Flussfläche (dem Beginn der Abschälschicht) bei der Blobentstehung hin, was sich in der Entstehungsrate widerspiegeln sollte. Diese Arbeit beantwortet vorrangig zwei Fragen: Beschreiben die einfachen Modelle die Blobeigenschaften auch in Magnetfeldgeometrien tatsächlicher Fusionsexperimente und welchen Einfluss hat die Randschichtturbulenz auf diese Eigenschaften? Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera wurden Größe, Geschwindigkeit und Entstehungsrate der Blobs im Stellarator TJ-K und dem Tokamak ASDEX Upgrade untersucht. Während eine grundsätzliche Übereinstimmung mit den Vorhersagen besteht, konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Randschichtturbulenz die untersuchten Eigenschaften beeinflusst. Die Messungen beinhalten den ersten systematischen Vergleich der Strukturgrößen inner- und außerhalb der letzten geschlossenen Flussfläche. Darüber hinaus wird mit Sondenmessungen die dreidimensionale Struktur der Blobs in einem Stellarator vermessen und gezeigt, dass die Blobs mehr als 50 % des lokalen und mehr als 20 % des totalen Transports in der Abschälschicht ausmachen. Messungen eines Stroms entlang der Filamente bestätigen, dass das analytischen Modell die relevanten physikalischen Prozesse behinhaltet. In ASDEX Upgrade werden Blobeigenschaften bestimmt und in zwei Einschlussregimen, der sogenannten L- und H-Mode, verglichen. Wie schon in TJ-K zeigt sich eine weitgehende Übereinstimmung mit den analytischen Vorhersagen. Größenmessungen deuten einen Einfluss der hohen Ionentemperatur auf die Blobdynamik hin. Außerdem wird eine überraschend geringe Variation der Blobeigenschaften zwischen L- und H-Mode beobachtet.