Dokument:
Ladungsaustauschspektroskopie mit Hilfe eines
Wasserstoffdiagnostikstrahls am Tokamak TEXTOR-94
| Titel: | Ladungsaustauschspektroskopie mit Hilfe eines Wasserstoffdiagnostikstrahls am Tokamak TEXTOR-94 | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2068 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20010209-000068-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Kreter, Arkadi [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Beitragende: | Prof. Dr. Samm, Ulrich [Gutachter] Prof. Dr. Reiter, Detlev [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Plasma, Plasmaphysik, Fusion, Ladungsaustausch, Spektroskopie, Einschluß, ITG, Instabilität, Verunreinigungen, Rotationplasma, fusion, charge-exchange, spectroscopy, CXRS, confinement, ITG, instability, impurity, rotation | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe der aktiven
Ladungsaustauschspektroskopie an Verunreinigungen Untersuchungen
zum Energie- und Verunreinigungstransport durchzuführen. Die
Ladungsaustauschspektroskopie (engl.: CXRS) ist eine Methode zur
raum- und zeitaufgelösten Bestimmung der Ionentemperatur,
Plasmarotation und Verunreinigungsdichte. Sie basiert auf der
Untersuchung der spektralen Form der Linien, die von den
Verunreinigungsionen nach den CX-Prozessen mit den Neutralteilchen
emittiert werden. Als Neutralteilchenquelle dienen hochenergetische
Strahlen (z. B. Heizstrahl), die tief ins Plasma eindringen und
dadurch Messungen über den gesamten Radius ermöglichen. Im Laufe
dieser Arbeit wurde eine neue CXRS-Diagnostik an TEXTOR-94 aufgebaut.
Das Kernstück dieser Diagnostik ist der Wasserstoffdiagnostikstrahl
RUDI. Der RUDI-Injektor gewährleistet einen Äquivalentstrom von 1,1 A
bei einer Energie von 50 keV und einer Pulslänge von 4 s, moduliert
mit 500 Hz. Das Beobachtungssystem zur lückenlosen Beobachtung des
Strahlverlaufs und eine niedrige Divergenz des RUDI-Strahls von
0,6 ° erlauben eine gute Raumauflösung der Messungen. Mit einer modifizierten CXRS-Diagnostik am Heizstrahl wurden Messungen zur Charakterisierung der Randschicht durchgeführt, speziell in Entladungen mit Strahlungskühlung und verbessertem Energieeinschluß (RI-Mode). Mit den Messungen der Ionentemperatur- und Plasmarotationsprofile wurde nachgewiesen, daß es in der RI-Mode keine Transportbarriere am Plasmarand gibt, die für ein anderes Regime mit verbessertem Einschluß (H-Mode) charakteristisch ist. Das Verhältnis der Ionen- und Elektronentemperatur am Plasmarand variiert zwischen 4 bei den niedrigen und 1,5 bei den hohen Dichten. Mit zunehmendem Strahlungspegel wird das Verhältnis Ti/Te größer, weil die Elektronen durch Stöße mit den Verunreinigungsionen direkt gekühlt werden. Ein Zusammenhang zwischen den gemessenen Randparametern und globalen Einschlußeigenschaften wurde beobachtet: Die Einschlußverschlechterung führt zu den größeren Neutralteilchendichten in der Randschicht, die die von den Strömungen in der Abschälschicht beeinflußte toroidale Rotation abbremsen. Der wichtigste Vorteil des Diagnostikstrahls gegenüber dem Heizstrahl hinsichtlich CXRS ist die Möglichkeit in den Entladungen mit allen Heizszenarien zu messen. Messungen mit RUDI fanden zum großen Teil unter Bedingungen der rein ohmschen Plasmaheizung statt: Die Energiebilanz der Ionen und Elektronen wurde bei verschiedenen Plasmaströmen und Dichten untersucht; bei Entladungen hoher Dichte wurde der Übergang zum verbesserten ohmschen Einschluß (IOC-Regime) nach dem Ausschalten des externen Gaseinlasses beobachtet. Im Unterschied zur dichteunabhängigen Einschlußzeit in ohmschen Plasmen bei hohen Dichten (SOC-Regime) skaliert diese im IOC-Regime linear mit der Dichte. Der SOC-IOC-Übergang wurde hinsichtlich des Einflusses der vom Ionentemperaturgradienten getriebenen toroidalen ITG-Instabilität untersucht. Auf der Basis der gemessenen Ionentemperaturprofile wurden der eta_i-Parameter (Verhältnis der Abfallängen der Dichte und Ionentemperatur) und die Anwachsrate der ITG-Instabilität gamma_ITG berechnet. Der eta_i-Parameter liegt nach dem SOC-IOC-Übergang in einem deutlich kleineren radialen Bereich über dem kritischen Wert, dessen Überschreitung zum Einsatz der ITG-Instabilität führt. Das IOC-Regime wird durch eine deutliche Reduzierung der Anwachsrate gamma_ITG charakterisiert. Die Aufsteilung des Plasmadichteprofils nach der Minderung der von außen eingelassenen Gasmenge führt zur Unterdrückung der ITG-Instabilität und zur Verbesserung des Einschlusses im IOC-Regime. Erste Messungen der Verunreinigungsdichten in ohmschen und zusatzgeheizten Entladungen wurden durchgeführt: Dichten von C 6+ , Ne 10+ , Ne 9+ , Ne 8+ und O 8+ wurden bestimmt. Die gemessenen und mit Hilfe des Verunreinigungstransportcodes RITM berechneten Dichteprofile zeigen qualitativ in ihrem radialen Verlauf eine gute Übereinstimmung. Quantitativ gibt es jedoch relativ große Abweichungen von bis zu 50 %, die bei den nicht vollständig ionisierten Teilchen durch ungenaue CX-Ratenkoeffizienten erklärt werden können. Zur Klärung dieser Diskrepanzen werden in Zukunft zusätzliche Messungen der Verunreinigungsdichten unter verschiedenen Plasmabedingungen benötigt. In this work the energy and impurity transport was investigated by means of the active charge-exchange recombination spectroscopy (CXRS). CXRS is a method to determine the ion temperature, plasma rotation and impurity density both space- and time-resolved. It is based on the investigation of the spectral shape of the lines, which are emitted by the impurity ions after the CX processes with the neutral particles. The source of the neutral particles are high-energy beams (e.g. heating beams), which penetrate deeply into the plasma and therefore enable the measurements over the entire plasma radius. During this work a new CXRS diagnostics was installed at TEXTOR-94. The principal part of this diagnostics is the diagnostic hydrogen beam RUDI. The RUDI injector ensures an equivalent neutral current of 1.1 A with an energy of 50 keV and a pulse length of 4 s, modulated with 500 Hz. The observation system covering the whole beam path and a low divergence of 0.6° of the RUDI beam lead to a good space resolution. Measurements using a modified CXRS diagnostics at the heating beam were performed for the characterisation of the plasma edge, particularly in discharges with impurity seeding and improved energy confinement (RI-mode). With the measurements of the ion temperature and plasma rotation profiles it was proven, that in the RI-mode there is no transport barrier at the plasma edge, which is typical for another regime with the improved confinement, the H-mode. The ratio of the ion and electron temperature at the plasma edge varies between 4 at the low and 1.5 at the high densities. The ratio Ti/Te becomes larger with increasing radiation level, because the electrons are cooled directly via inelastic collisions with the impurity ions. A correlation between the measured edge parameters and the global confinement characteristics was observed: the confinement degradation leads to the higher neutral particle densities at the edge, which slow down the toroidal rotation influenced by the flows in the scrape-off layer. Regarding CXRS the most important advantage of the diagnostic beam in relation to the heating beam is the possibility to measure under all discharge conditions. Measurements with RUDI took place to a large extent under conditions of ohmic plasma heating: the energy balance of ions and electrons was investigated for different plasma currents and densities; in high density discharges the transition to improved ohmic confinement (IOC) was observed after switching off the external gas flow. In the standard high density ohmic plasmas (saturated ohmic confinement - SOC) the confinement time is independent of the plasma density. In contrast, it scales in the IOC regime linearly with the density. The SOC-IOC transition was investigated regarding the influence of the toroidal ITG instability driven by the ion temperature gradient. On the basis of the measured ion temperature distributions the eta_i-parameter (ratio of the density and ion temperature decay lengths) and the growth rate of the ITG instability were calculated. The ITG mode is destabilised, if eta_i is larger then a critical value depending on the scale length of the density profile. After the SOC-IOC transition eta_i lies in a noticeably smaller radial region over the critical value. As the result, the IOC regime is characterised by a clear reduction of the growth rate gamma_ITG. The steepening of the plasma density profile after the reduction of the external gas flow leads to the suppression of the ITG instability and to the improvement of the confinement in the IOC regime. First measurements of the impurity densities in ohmic and additionally heated discharges were performed. Densities of C 6+ , Ne 10+ , Ne 9+ , Ne 8+ and O 8+ were determined. The measured density profiles show qualitatively a good agreement in their radial shape with the profiles calculated by the impurity transport code RITM. However, there are relatively large quantitative deviations of up to 50 %, which can be explained by inaccurate CX rate coefficients for the not completely ionised particles. For clarifying these discrepancies additional measurements of the impurity densities under different plasma conditions are needed. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 09.02.2001 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 09.02.2001 | |||||||
| Datum der Promotion: | 09.02.2001 |
