| Beschreibungen: | In heutigen Kernfusionsanlagen sind Verunreinigungen in heißen Wasserstoff-Plasmen unvermeidlich. Sie treten infolge immanenter Prozesse, wie der Wechselwirkung des Plasmas mit Gefäßwänden oder auch durch gezieltes Einblasen, auf. Üblicherweise werden Verunreinigungsteilchen beim Einblasen räumlich stark lokalisiert in das Plasma eingebracht, so dass eine signifikante Veränderung lokaler Plasmaparameter zu erwarten ist, die ihrerseits wiederum Auswirkungen auf die Verteilung der Verunreinigungen hat. Eine selbstkonsistente Modellierung der Wechselwirkung zwischen Verunreinigungen und Plasma ist deshalb nicht mit linearen Ansätzen möglich. In dieser Arbeit wird ein Modell entwickelt, das auf einer Flüssigkeitsbeschreibung der Elektronen, Wasserstoff- und Verunreinigungskomponenten basiert. Dieses Modell beschreibt den Transport der Verunreinigungen und deren Wirkung auf das Hauptplasma unter Berücksichtigung der Quasineutralität des gesamten Plasmas, der Coulomb-Stöße geladener Teilchen untereinander, der Strahlungsverluste und der Plasma-Wand-Wechselwirkung an den angrenzenden Oberflächen. Um den Effekt der Ausbreitung von Verunreinigungen und die Reaktion des Plasmas selbstkonsistent zu beschreiben, werden die Erhaltungsgleichungen der Fluid-Theorie für Teilchen, Impuls und Energie von allen beteiligten Plasmakomponenten gelöst. Die Erhaltungsgleichungen werden zu gewöhnlichen Differentialgleichungen für die zeitliche Entwicklung der Parameter reduziert, welche charakteristisch für die eigentliche Lösung sind: die Größen der Plasmadichte und Plasmatemperaturen in den Bereichen, in denen die Verunreinigungen lokalisiert sind, sowie die räumliche Ausdehnung dieser Bereiche. Die Ergebnisse aus Simulationsrechnungen mit typischen Bedingungen in Tokamak-Experimenten zur Verunreinigungsinjektion werden dargestellt und diskutiert. Ein neuer Mechanismus für das Phänomen der Kondensation und der Bildung von kalten dichten Strukturen im Plasma wird vorgeschlagen.Non-hydrogen impurities unavoidably exist in hot plasmas of present fusion devices. They enter it intrinsically, due to plasma interaction with the wall of vacuum vessel, as well as are seeded for various purposes deliberately. Normally, the spots where injected particles enter the plasma are much smaller than its total surface. Under such conditions one has to expect a significant modification of local plasma parameters through various physical mechanisms, which, in turn, affect the impurity spreading. Self-consistent modeling of interaction between impurity and plasma is, therefore, not possible with linear approaches. A model based on the fluid description of electrons, main and impurity ions, and taking into account the plasma quasi-neutrality, Coulomb collisions of background and impurity charged particles, radiation losses, particle transport to bounding surfaces, is elaborated in this work. To describe the impurity spreading and the plasma response self-consistently, fluid equations for the particle, momentum and energy balances of various plasma components are solved by reducing them to ordinary differential equations for the time evolution of several parameters characterizing the solution in principal details: the magnitudes of plasma density and plasma temperatures in the regions of impurity localization and the spatial scales of these regions. The results of calculations for plasma conditions typical in tokamak experiments with impurity injection are presented. A new mechanism for the condensation phenomenon and formation of cold dense plasma structures is proposed.
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