Universität Stuttgart
Permanent URI for this communityhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/1
Browse
43 results
Search Results
Item Open Access Fusionsforschung : eine Einführung(2020) Köhn-Seemann, AlfIn diesem Vortrag wird ein Überblick und eine Einleitung in das Gebiet der Fusionsforschung gegeben.Item Open Access Overview of first Wendelstein 7-X high-performance operation(2019) Klinger, T.; Andreeva, T.; Bozhenkov, Sergey; Brandt, C.; Burhenn, R.; Buttenschön, Birger; Fuchert, G.; Geiger, B.; Grulke, O.; Laqua, H. P.; Pablant, N.; Rahbarnia, K.; Stange, T.; Stechow, A. von; Tamura, Naoki; Thomsen, H.; Turkin, Y.; Wegner, Thomas; Abramovic, I.; Äkäslompolo, S.; Alcuson, J.; Aleynikov, P.; Aleynikova, K.; Ali, A.; Alonso, A.; Anda, G.; Ascasibar, E.; Bähner, J. P.; Baek, S. G.; Balden, M.; Baldzuhn, J.; Banduch, M.; Barbui, T.; Behr, W.; Beidler, C.; Benndorf, A.; Biedermann, C.; Biel, W.; Blackwell, B.; Blanco, E.; Blatzheim, M.; Ballinger, S.; Bluhm, T.; Böckenhoff, D.; Böswirth, B.; Böttger, L.-G.; Borchardt, M.; Borsuk, V.; Boscary, J.; Bosch, H.-S.; Beurskens, M.; Brakel, R.; Brand, H.; Bräuer, T.; Braune, H.; Brezinsek, S.; Brunner, K.-J.; Bussiahn, R.; Bykov, V.; Cai, J.; Calvo, I.; Cannas, B.; Cappa, A.; Carls, A.; Carralero, D.; Carraro, L.; Carvalho, B.; Castejon, F.; Charl, A.; Chaudhary, N.; Chauvin, D.; Chernyshev, F.; Cianciosa, M.; Citarella, R.; Claps, G.; Coenen, J.; Cole, M.; Cole, M. J.; Cordella, F.; Cseh, G.; Czarnecka, A.; Czerski, K.; Czerwinski, M.; Czymek, G.; da Molin, A.; da Silva, A.; Damm, H.; de la Pena, A.; Degenkolbe, S.; Dhard, C. P.; Dibon, M.; Dinklage, A.; Dittmar, T.; Drevlak, M.; Drewelow, P.; Drews, P.; Durodie, F.; Edlund, E.; Eeten, P. van; Effenberg, F.; Ehrke, G.; Elgeti, S.; Endler, M.; Ennis, D.; Esteban, H.; Estrada, T.; Fellinger, J.; Feng, Y.; Flom, E.; Fernandes, H.; Fietz, W. H.; Figacz, W.; Fontdecaba, J.; Ford, O.; Fornal, T.; Frerichs, H.; Freund, A.; Funaba, T.; Galkowski, A.; Gantenbein, G.; Gao, Y.; García Regaña, J.; Gates, D.; Geiger, J.; Giannella, V.; Gogoleva, A.; Goncalves, B.; Goriaev, A.; Gradic, D.; Grahl, M.; Green, J.; Greuner, H.; Grosman, A.; Grote, H.; Gruca, M.; Guerard, C.; Hacker, P.; Han, X.; Harris, J. H.; Hartmann, D.; Hathiramani, D.; Hein, B.; Heinemann, B.; Helander, P.; Henneberg, S.; Henkel, M.; Hernandez Sanchez, J.; Hidalgo, C.; Hirsch, M.; Hollfeld, K. P.; Höfel, U.; Hölting, A.; Höschen, D.; Houry, M.; Howard, J.; Huang, X.; Huang, Z.; Hubeny, M.; Huber, M.; Hunger, H.; Ida, K.; Ilkei, T.; Illy, S.; Israeli, B.; Jablonski, S.; Jakubowski, M.; Jelonnek, J.; Jenzsch, H.; Jesche, T.; Jia, M.; Junghanns, P.; Kacmarczyk, J.; Kallmeyer, J.-P.; Kamionka, U.; Kasahara, H.; Kasparek, Walter; Kazakov, Y. O.; Kenmochi, N.; Killer, C.; Kirschner, A.; Kleiber, R.; Knauer, J.; Knaup, M.; Knieps, A.; Kobarg, T.; Kocsis, G.; Köchl, F.; Kolesnichenko, Y.; Könies, A.; König, R.; Kornejew, P.; Koschinsky, J.-P.; Köster, F.; Krämer, M.; Krampitz, R.; Krämer-Flecken, A.; Krawczyk, N.; Kremeyer, T.; Krom, J.; Krychowiak, M.; Ksiazek, I.; Kubkowska, M.; Kühner, G.; Kurki-Suonio, T.; Kurz, P. A.; Kwak, S.; Landreman, M.; Lang, P.; Lang, R.; Langenberg, A.; Langish, S.; Laqua, H.; Laube, R.; Lazerson, S.; Lechte, Carsten; Lennartz, M.; Leonhardt, W.; Li, C.; Li, C.; Li, Y.; Liang, Y.; Linsmeier, C.; Liu, S.; Lobsien, J.-F.; Loesser, D.; Loizu Cisquella, J.; Lore, J.; Lorenz, A.; Losert, M.; Lücke, A.; Lumsdaine, A.; Lutsenko, V.; Maaßberg, H.; Marchuk, O.; Matthew, J. H.; Marsen, S.; Marushchenko, M.; Masuzaki, S.; Maurer, D.; Mayer, M.; McCarthy, K.; McNeely, P.; Meier, A.; Mellein, D.; Mendelevitch, B.; Mertens, P.; Mikkelsen, D.; Mishchenko, A.; Missal, B.; Mittelstaedt, J.; Mizuuchi, T.; Mollen, A.; Moncada, V.; Mönnich, T.; Morisaki, T.; Moseev, D.; Murakami, S.; Náfrádi, G.; Nagel, M.; Naujoks, D.; Neilson, H.; Neu, R.; Neubauer, O.; Neuner, U.; Ngo, T.; Nicolai, D.; Nielsen, S. K.; Niemann, H.; Nishizawa, T.; Nocentini, R.; Nührenberg, C.; Nührenberg, J.; Obermayer, S.; Offermanns, G.; Ogawa, K.; Ölmanns, J.; Ongena, J.; Oosterbeek, J. W.; Orozco, G.; Otte, M.; Pacios Rodriguez, L.; Panadero, N.; Panadero Alvarez, N.; Papenfuß, D.; Paqay, S.; Pasch, E.; Pavone, A.; Pawelec, E.; Pedersen, T. S.; Pelka, G.; Perseo, V.; Peterson, B.; Pilopp, D.; Pingel, S.; Pisano, F.; Plaum, Burkhard; Plunk, G.; Pölöskei, P.; Porkolab, M.; Proll, J.; Puiatti, M.-E.; Puig Sitjes, A.; Purps, F.; Rack, M.; Récsei, S.; Reiman, A.; Reimold, F.; Reiter, D.; Remppel, Felix; Renard, S.; Riedl, R.; Riemann, J.; Risse, K.; Rohde, V.; Röhlinger, Holger; Romé, M.; Rondeshagen, D.; Rong, P.; Roth, Bernhard; Rudischhauser, L.; Rummel, K.; Rummel, T.; Runov, A.; Rust, N.; Ryc, L.; Ryosuke, S.; Sakamoto, R.; Salewski, M.; Samartsev, A.; Sanchez, E.; Sano, F.; Satake, S.; Schacht, J.; Satheeswaran, G.; Schauer, F.; Scherer, T.; Schilling, J.; Schlaich, A.; Schlisio, G.; Schluck, F.; Schlüter, Karl-Heinz; Schmitt, J.; Schmitz, H.; Schmitz, O.; Schmuck, S.; Schneider, M.; Schneider, W.; Scholz, P.; Schrittwieser, R.; Schröder, M.; Schröder, T.; Schroeder, R.; Schumacher, H.; Schweer, B.; Scott, E.; Sereda, S.; Shanahan, B.; Sibilia, M.; Sinha, P.; Sipliä, S.; Slaby, C.; Sleczka, M.; Smith, H.; Spiess, W.; Spong, D. A.; Spring, A.; Stadler, R.; Stejner, M.; Stephey, L.; Stridde, U.; Suzuki, C.; Svensson, J.; Szabó, V.; Szabolics, T.; Szepesi, T.; Szökefalvi-Nagy, Z.; Tancetti, A.; Terry, J.; Thomas, J.; Thumm, M.; Travere, J. M.; Traverso, P.; Tretter, J.; Trimino Mora, H.; Tsuchiya, H.; Tsujimura, T.; Tulipán, S.; Unterberg, B.; Vakulchyk, I.; Valet, S.; Vano, L.; Milligen, B. van; Vuuren, A. J. van; Vela, L.; Velasco, J.-L.; Vergote, M.; Vervier, M.; Vianello, N.; Viebke, H.; Vilbrandt, R.; Vorköper, A.; Wadle, S.; Wagner, F.; Wang, E.; Wang, N.; Wang, Z.; Warmer, F.; Wauters, T.; Wegener, L.; Weggen, J.; Wei, Y.; Weir, G.; Wendorf, J.; Wenzel, U.; Werner, A.; White, A.; Wiegel, B.; Wilde, F.; Windisch, T.; Winkler, M.; Winter, A.; Winters, V.; Wolf, Stefan; Wolf, R. C.; Wright, A.; Wurden, G.; Xanthopoulos, P.; Yamada, H.; Yamada, I.; Yasuhara, R.; Yokoyama, M.; Zanini, M.; Zarnstorff, M.; Zeitler, Achim; Zhang, D.; Zhang, H.; Zhu, J.; Zilker, M.; Zocco, A.; Zoletnik, S.; Zuin, M.The optimized superconducting stellarator device Wendelstein 7-X (with major radius , minor radius , and plasma volume) restarted operation after the assembly of a graphite heat shield and 10 inertially cooled island divertor modules. This paper reports on the results from the first high-performance plasma operation. Glow discharge conditioning and ECRH conditioning discharges in helium turned out to be important for density and edge radiation control. Plasma densities of with central electron temperatures were routinely achieved with hydrogen gas fueling, frequently terminated by a radiative collapse. In a first stage, plasma densities up to were reached with hydrogen pellet injection and helium gas fueling. Here, the ions are indirectly heated, and at a central density of a temperature of with was transiently accomplished, which corresponds to with a peak diamagnetic energy of and volume-averaged normalized plasma pressure . The routine access to high plasma densities was opened with boronization of the first wall. After boronization, the oxygen impurity content was reduced by a factor of 10, the carbon impurity content by a factor of 5. The reduced (edge) plasma radiation level gives routinely access to higher densities without radiation collapse, e.g. well above line integrated density and central temperatures at moderate ECRH power. Both X2 and O2 mode ECRH schemes were successfully applied. Core turbulence was measured with a phase contrast imaging diagnostic and suppression of turbulence during pellet injection was observed.Item Open Access Visualization of the O-X-B mode conversion process with a full-wave code(2008) Köhn, Alf; Holzhauer, Eberhard; Stroth, UlrichThe O-X-B mode conversion is a process to couple electromagnetic waves into an overdense plasma. At the vicinity of the cutoff, the wave is converted into a Bernstein wave, which is very well absorbed in the plasma without further density cutoff. Therefore, these waves are a promising tool to heat high-density plasmas. The conversion process has been investigated in great detail using a full-wave code, and for the first time, the time-dependent formation of the Bernstein waves has been visualized by using the data obtained with this simulation.Item Open Access Charakterisierung der elektromagnetischen Turbulenz im Torsatron TJ-K(2007) Rahbarnia, Kian; Stroth, Ulrich (Prof. Dr.)Es wird die elektromagnetische Turbulenz im Torsatron TJ-K gemessen und analysiert.Item Open Access Silicon integrated dual-mode interferometer with differential outputs(2017) Hoppe, Niklas; Scheck, Pascal; Sweidan, Rami; Diersing, Philipp; Rathgeber, Lotte; Vogel, Wolfgang; Riegger, Benjamin R.; Southan, Alexander; Berroth, ManfredThe dual-mode interferometer (DMI) is an attractive alternative to Mach-Zehnder interferometers for sensor purposes, achieving sensitivities to refractive index changes close to state-of-the-art. Modern designs on silicon-on-insulator (SOI) platforms offer thermally stable and compact devices with insertion losses of less than 1 dB and high extinction ratios. Compact arrays of multiple DMIs in parallel are easy to fabricate due to the simple structure of the DMI. In this work, the principle of operation of an integrated DMI with differential outputs is presented which allows the unambiguous phase shift detection with a single wavelength measurement, rather than using a wavelength sweep and evaluating the optical output power spectrum. Fluctuating optical input power or varying attenuation due to different analyte concentrations can be compensated by observing the sum of the optical powers at the differential outputs. DMIs with two differential single-mode outputs are fabricated in a 250 nm SOI platform, and corresponding measurements are shown to explain the principle of operation in detail. A comparison of DMIs with the conventional Mach-Zehnder interferometer using the same technology concludes this work.Item Open Access Entwicklung und spektroskopische Untersuchung eines Mikrowellen-Plasmabrenners für die Schichtabscheidung aus Pulvern(2012) Kopecki, Jochen; Stroth, Ulrich (Prof. Dr.)Nachhaltige Energiekonzepte, wie die Verwendung von regenerativen Energien, spielen in Zeiten von immer größer werdendem Energiebedarf eine entscheidende Rolle. Insbesondere im Bereich der Photovoltaik hat Deutschland seit jeher eine Vorreiterrolle eingenommen. Damit ist Deutschland der zentrale Standort für Photovoltaikforschung. In der vorliegenden Arbeit wird eine Möglichkeit zur plasmagestützten Abscheidung von amorphem Silizium aus Pulver entwickelt und untersucht, um eine kostengünstige Alternative zu den bestehenden Verfahren zu finden. Die Plasmaquelle hierfür basiert auf einem Mikrowellenresonator, welcher mit Hilfe von numerischen Simulationen mit CST Microwave Studio dimensioniert wurde und für den Betrieb bei Atmosphärendruck ausgelegt ist. Mit diesem Plasmabrenner ist es möglich ein linear ausgedehntes, freistehendes Plasma zu erzeugen, in dem Si-Partikel verdampft werden können. Die Partikel werden hierfür über einen Trägergasstrom eingeblasen und müssen während ihrer Verweilzeit im Plasma die benötigte Energie zum Verdampfen aufnehmen. Dieser Prozess wird im Detail untersucht, da sich über die Plasmalänge und den Gasfluss die maximal verwendbare Partikelgröße einstellt und für die Abscheidung von qualitativ hochwertigem amorphen Silizium der Schichtbildner vollständig gasförmig sein muss. Die Plasmaparameter T_gas, T_e und n_e, welche ebenfalls ausschlaggebend für den Beschichtungsprozess sind und in die verwendeten Verdampfungsmodelle eingehen, werden mittels optischer Emissionsspektroskopie in Abhängigkeit der Gaszusammensetzung ermittelt. Hierfür werden sowohl die relativen Intensitäten sowie die Linienprofile der Atomlinien der Balmerserie gemessen und ausgewertet. Die abgeschiedenen Schichten wurden mittels REM-, FTIR- und XPS-Analyse sowie der Photospektroskopie analysiert, wobei eine Verunreinigung der Schichten mit Sauerstoff ermittelt wurde, welche negative Auswirkungen auf die Leitfähigkeit der Schicht hat. Dennoch ist die Morphologie sowie die optische Qualtität der Schichten vergleichbar mit den Ergebnissen gängiger PECVD-Verfahren.Item Open Access The role of MHD instabilities in the improved H-mode scenario(2009) Flaws, Asher; Stroth, Ulrich (Prof.)Recently a regime of tokamak operation has been discovered, dubbed the improved H-mode scenario, which simultaneously achieves increased energy confinement and stability with respect to standard H-mode discharges. It has been suggested that magnetohydrodynamic (MHD) instabilities play some role in establishing this regime. In this thesis MHD instabilities were identified, characterised, and catalogued into a database of improved H-mode discharges in order to statistically examine their behaviour. The onset conditions of MHD instabilities were compared to existing models based on previous H-mode studies. Slight differences were found, most notably a reduced $\beta_N$ onset threshold for the frequently interrupted regime for neoclassical tearing modes (NTM). This reduced threshold is due to the relatively low magnetic shear of the improved H-mode regime. This study also provided a first-time estimate for the seed island size of spontaneous onset NTMs, a phenomenon characteristic of the improved H-mode scenario. Energy confinement investigations found that, although the NTM impact on confinement follows the same model applicable to other operating regimes, the improved H-mode regime acts to mitigate the impact of NTMs by limiting the saturated island sizes for NTMs with toroidal mode number $n \geqslant 2$. Surprisingly, although a significant loss in energy confinement is observed during the sawtooth envelope, it has been found that discharges containing fishbones and low frequency sawteeth achieve higher energy confinement than those without. This suggests that fishbone and sawtooth reconnection may indeed play a role in establishing the high confinement regime. It was found that the time evolution of the central magnetic shear consistently locks in the presence of sawtooth and fishbone reconnection. Presumably this is due to the periodic redistribution of the central plasma current, an effect which is believed to help establish and maintain the characteristic current profile required for improved H-mode operation. A similar effect was proposed for the NTM instability whereby the magnetic island drives an additional toroidal current which flattens the central current density profile. However, it was found that the NTM impact on the toroidal current density could be accounted for purely in terms of the $3$ conventional current contributions, namely: ohmic, bootstrap, and auxiliary heating current drive, without requiring an additional current source.Item Open Access Strukturentstehung in Driftwellenturbulenz toroidaler Plasmen(2009) Manz, Peter; Stroth, Ulrich (Prof. Dr.)In Fusionsplasmen ist die Turbulenz und der damit inhergehende turbulente Transport für den größten Anteil der Teilchen- und Energieverluste verantwortlich. Durch die annähernd freie Bewegung der Ladungsträger parallel zum Magnetfeld kann die Turbulenz in magnetisierten Plasmen, rotierenden Flüssigkeiten im geophysikalischen Kontext entsprechend, als zweidimensional betrachtet werden. In zweidimensionaler Turbulenz bilden sich durch Wirbelvermischung größere Wirbelstrukturen aus. Es wird davon ausgegangen, dass die Wirbel untereinander wechselwirken und sich gegenseitig durchmischen und so schrittweise immer größere Wirbel bilden. Da dieser Prozess stufenweise abläuft wird dieser als Kaskade bezeichnet. Große Wirbelsysteme können für die Fusionsforschung von entscheidender Bedeutung sein, da sie nicht gleichmäßige radiale elektrische Felder aufbauen können, die eine Schlüsselgröße von internen Transport-Barrieren sind. Die nichtlineare Wechselwirkung zwischen Wirbeln verschiedener Skalen wird im Detail untersucht. Die Untersuchung erlaubt Rückschlüsse auf den Entstehungsmechanismus von großskaligen Wirbelstrukturen in magnetisierten Plasmen.Item Open Access Electron cyclotron emission investigations at the stellarator TJ-K(2020) Sichardt, Gabriel; Hirth, Thomas (Prof. Dr.)Microwave diagnostics are widely used in fusion-oriented plasma research. Especially, electron cyclotron emission (ECE) measurements are routinely employed for reliable investigations of radial temperature profiles. Furthermore, an ECE diagnostic can be used to measure electron densities or detect superthermal electrons. Due to its non-invasive character, it is well suited for application to extreme conditions like in fusion plasmas since neither the plasma is perturbed nor the diagnostic harmed. Despite decades of development, ECE diagnostics are still subject of current research and development. Especially the correct interpretation of measurements at plasmas with low densities and temperatures, which are in contrast to fusion plasmas optically thin, is challenging. The stellarator experiment TJ-K in Stuttgart is operated with such thin plasmas allowing for the use of Langmuir probes for temperature measurements and thus as a benchmark for a new ECE diagnostic system. This work is about the development, optimization, construction and application of an ECE diagnostic for TJ-K. Modeling, simulation and experiment are combined to understand the processes at the specific experiment and to adapt the setup to these conditions. The first part of this thesis describes the development and test of the diagnostic. To this end, the transport and propagation of electron cyclotron radiation is simulated in the three-dimensionally modeled plasma of TJ-K. From the results, an optimization approach is derived: with a suitably positioned and optimally curved mirror for defined reflections, a tunable resonator system is built that improves the localization of the measurements significantly. After identification of the measurement signals as ECE opposed to thermal bremsstrahlung, the measurement system is calibrated with the hot-cold method. Although only about 0.2 % of the black body intensity is emitted from the optically thin plasma the temperatures obtained from the ECE diagnostic could be verified by Langmuir probe measurements. In the second part, numerical investigations of electron trajectories in the 3D magnetic field of TJ-K are employed to study their dependence on the kinetic particle energy. The trajectories form drift orbits which depend on the speed and orientation of the electron compared to the magnetic field. To what extent electrons on larger drift orbits collide with the vessel wall and thus contribute to toroidal net currents is investigated using simulations with different velocity distributions. It becomes apparent that especially electron populations additional to the thermal distribution at higher energies like for instance 1 keV, superthermal electrons, can result in large toroidal net currents. Already thermal electrons with typical energies of 10 eV provide numerically toroidal net currents that are comparable to the experimentally observed currents. The installed ECE diagnostic allows for temporally resolved measurements of local radiation temperatures for correlation with toroidal net currents.Item Open Access Diagnostik und Modellierung eines Mikrowellen-Plasmabrenners bei Atmosphärendruck(2017) Gaiser, Sandra; Hirth, Thomas (Prof. Dr.)Mikrowellen-Plasmaprozesse bei Atmosphärendruck bieten eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Dazu gehören das Plasmaspritzen zur Beschichtung, die Behandlung von Oberflächen für die Reinigung oder Aktivierung sowie der Abbau schädlicher Abgase. Für die Entwicklung und Optimierung dieser Verfahren sind sowohl experimentelle Untersuchungen als auch eine theoretische Betrachtung von Bedeutung. Diese Arbeit beschäftigt sich deshalb neben der Diagnostik vor allem mit der Modellierung und numerischen Simulation eines bei Atmosphärendruck betriebenen Mikrowellen-Plasmabrenners. Dazu wird die Simulationssoftware Comsol Multiphysics verwendet. Das Ziel ist es, mittels einzelner Modelle die unterschiedlichen physikalischen Vorgänge zu beschreiben und das Brennersystem zu optimieren. Die Simulationen werden schließlich schrittweise miteinander verknüpft, um so ein möglichst selbstkonsistentes Modell der Plasmaquelle zu erhalten. Die Simulationsergebnisse werden zudem mit experimentellen Daten verglichen. Zunächst werden die Verteilung des Mikrowellenfeldes im Plasmabrenner sowie die Resonanzfrequenzen der Resonatoranordnung berechnet, was die Grundlage für eine zuverlässige Zündung und den Betrieb des Plasmas bildet. Anschließend wird ein Modell der kalten Gasströmung erstellt. In dieses wird schließlich eine Wärmequelle implementiert, um den Einfluss des heißen Plasmas auf die Strömung zu untersuchen. Die Gasströmung soll dahingehend optimiert werden, dass sie das Plasma einschließt, um so eine Beschädigung des Gas führenden Quarzrohres zu vermeiden. In einer weiteren Simulation wird das Plasma mit Hilfe des Drude-Modells beschrieben. Hierbei werden dem Plasma eine Permittivität und eine Leitfähigkeit zugewiesen. Eine Erweiterung erfolgt durch das Fluid-Modell, das Bilanzgleichungen für die Elektronendichte sowie Reaktionsmechanismen für ein Argon-Plasma enthält. Die Simulationsergebnisse werden durch den Vergleich mit experimentellen Ergebnissen verifiziert. Dazu wird zum einen die räumliche Lage des Plasmas mit Hilfe von Kameraaufnahmen qualitativ untersucht. Zum anderen stehen Messwerte aus der optischen Emissionsspektroskopie zur Verfügung.