Browsing by Author "Kubach, Timo Alexander"

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Entwicklung einer auf Laser-induzierter Fluoreszenz basierenden Diagnostik zur Untersuchung von Edge Localized Modes im Divertor-Plasma von ASDEX Upgrade
(2006) Kubach, Timo Alexander; Schumacher, Uwe (Prof. Dr. rer. nat. habil.)
Ein auf thermonuklearer Fusion basierender Fusionsreaktor mit magnetischem Einschluss ist eine mögliche Lösung des Energieproblems, welches die Menschheit in den nächsten Jahrzehnten lösen muss. Unglücklicherweise sind hinsichtlich eines Fusionsreaktors jedoch noch viele technische und physikalische Probleme ungelöst. Eines der größten physikalischen Probleme, das auf dem Weg hin zu einem Fusionskraftwerk gelöst werden muss, ist das Verständnis der Edge Localized Modes (ELMs). Ein immenses technologisches Problem ist die Planung der Divertortargetplatten, welche während ELMs enormen Leistungsflüssen ausgesetzt sind. Eine vorteilhafte Eigenschaft der ELMs ist ihre Fähigkeit, Verunreinigungen und Heliumasche aus Fusionsplasmen entfernen zu können. Obwohl ELMs seit über zwei Jahrzehnten mit großem Aufwand untersucht werden, ist es bislang nicht gelungen, diese magnetohydrodynamischen Instabilitäten vollständig zu verstehen. Bezüglich ELMs sind vor allem jene Vorgänge, welche im Divertor während des ELM-Crashs stattfinden, sowohl für das physikalische Verständnis als auch für die technische Konzeption von Interesse. Die an den führenden Fusionsexperimenten vorhandenen Diagnostiksysteme erlauben keine detaillierte Untersuchung dieser Vorgänge, weshalb im Rahmen dieser Arbeit eine neue Diagnostik basierend auf der Laser-induzierten Fluoreszenz (LIF) entwickelt wurde, welches die Untersuchung von Edge Localized Modes mit höherer räumlicher und zeitlicher Auflösung als mit jedem anderen vorhandenen Diagnostiksystem erlaubt. Mit Laser-induzierter Fluoreszenz können im allgemeinen sowohl Geschwindigkeitsverteilungen als auch Dichten von Neutralteilchen, Molekülen und Ionen spektroskopisch bestimmt werden. Um die Laser-induzierte Fluoreszenz im Divertor-Plasma von ASDEX Upgrade als Messverfahren anwenden zu können, wurde LIF für die Wellenlänge 656,107nm des neutralen Deuteriums und für die Wellenlänge 667,815nm des neutralen Heliums entwickelt, um das Verhalten der Elemente Deuterium und Helium im Divertor-Plasma von ASDEX Upgrade während ELM-Aktivität untersuchen zu können. Das Ziel dieser Untersuchungen ist die Unterstützung des physikalischen Verständnisses und der Modellierung des Divertor-Plasmas. Bei der Realisierung des Diagnostiksystems wurden aufgrund der schlechten Zugänglichkeit des Divertors in ASDEX Upgrade sowohl zur Übertragung der anregenden Laserpulse als auch zur Detektion der Fluoreszenzphotonen Lichtwellenleiter verwendet. Um Pulsleistungen von mehr als 5mJ in den Divertor transmittieren zu können, wurde die Einkopplung des Lasers in den Lichtwellenleiter deutlich verbessert. Eine notwendige Bedingung zur Anregung des gewünschten Überganges ist eine möglichst exakte Wellenlängenkalibrierung. Diese wurde für den verwendeten Farbstofflasers mit optogalvanischer Spektroskopie durchgeführt. Aufgrund der Tatsache, dass die Termschemata der untersuchten leichten Elemente sehr einfach sind, und der Limitierung der Transmission der Lichtwellenleiter auf einen bestimmten Wellenlängenbereich, mussten für beide Elemente die Fluoreszenzsignale auf der selben Wellenlänge beobachtet werden, auf der die Anregung stattfand, was zu einem Streulichtproblem führte. Für beide Spezies konnten erste Fluoreszenzsignale gemessen werden, aus denen die Lebensdauer der angeregten Zustände bestimmt werden konnten. Diese Werte zeigten gute Übereinstimmungen mit den erwarteten Werten. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Fluoreszenzsignale nur dann auftreten, wenn ein Laserpuls zeitlich mit einem ELM-Crash zusammenfällt. Diese Erkenntnisse zeigen, dass es gelungen ist, einen ersten Schritt hin zu einem neuen Diagnostiksystem für ITER und DEMO zu machen, das in der Lage sein wird, wertvolle Daten für die Lösung von zwei der wichtigsten Probleme, welche die Fusionsforschung lösen muss, zu liefern: das Erste-Wand-Problem und das Problem der Heliumascheabfuhr.