Charakterisierung der 2. Harmonischen EBW-Heizung

Abstract

Elektron-Bernstein-Wellen (EBW) können dazu benutzt werden ein überdichtes Plasma effektiv zu heizen, da für für ihr Eindringen ins Plasma kein oberes Limit in der Elektronendichte existiert, sie allerdings sehr gut an der Elektronzyklotronresonanz (ECR) absorbiert werden. Dies gilt nicht nur für die direkte Absorption an der ECR, sondern auch an deren Harmonischen. Die EBW muss dazu allerdings durch Modenkonversionsprozesse aus einer von außen eingestrahlten Mikrowelle erzeugt werden, da sie im Vakuum nicht ausbreitungsfähig ist. Im Stellarator TJ-K der Universität Stuttgart konnten erstmals Plasmen durch EBW-Heizung an der zweiten Harmonischen stabil erzeugt und somit gezielt untersucht werden. Hierzu wird eine Mikrowelle mit einer Frequenz von 8 GHz und einer Leistung von 2,7 kW in ein Plasma mit einer Magnetfeldstärke von ungefähr 220 mT eingestrahlt. Umfangreiche Studien der Plasmaparameter, wie zum Beispiel der Elektronentemperatur und der Plasmadichte mithilfe von Langmuir-Sonden deuten auf eine gesteigerte Heizeffizienz im Vergleich mit bisherigen Operationsbereichen in TJ-K hin.

Electron Bernstein waves (EBW) can be used to heat an overdense plasma, as there is no upper limit in the electron density that prevents entering the plasma, however they get absorbed very good at the electron cyclotron resonance (ECR). This is not only true for direct absorption at the ECR, but also for its harmonics. The EBW has to be created via mode conversion of a microwave irradiated from the outside, as EBW cannot propagate in vacuum. In the stellarator TJ-K of the University of Stuttgart it was possible for the first time to create stable plasmas via EBW heating at the second harmonic and thus deliberately inverstigate them. This was done irradiating a microwave with a frequency of 8 GHz and a power of 2.7 kW into a plasma with a magnetic field strength of about 220 mT. Extensive studies of the plasma parameters, for example the electron temperature and the plasma density measured with Langmuir probes indicate increased heating efficiency compared to previous operational areas in TJ-K.