Dokument: Mitigation of disruptions in a tokamak by means of large gas injection

Titel:	Mitigation of disruptions in a tokamak by means of large gas injection
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2741
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20040203-000741-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Savtchkov, Alexei [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,83 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Samm, Ulrich [Gutachter] Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter]
Stichwörter:	Tokamak, Disruption, Halostrom, Wärmefluß, Abschwächung, Gaseinlass, Schnelles GasventilTokamak, Disruption, Halo current, Heat flux, Mitigation, Gas injection, fast valve
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibung:	Im Tokamak stellt das vom Plasmastrom erzeugte poloidale Magnetfeld einen wesentlichen Anteil des das Plasma einschließenden Gesamtmagnetfeldes dar. Jedoch können Instabilitäten das magnetohydrodynamische Gleichgewicht zerstören und zu einem unkontrollierten plötzlichen Plasmastrom-und Energieverlust füuhren; dies wird Disruption genannt. Während der Disruption wird die Plasmaenergie innerhalb von 0.1 ms auf die Gefäßwände deponiert, wodurch hohe Wärmebelastungen entstehen, die zum Schmelzen und Verdampfen der Komponenten führen können, die im Gefäß eingebaut sind. Die Verschiebung und Verbiegung der Plasmasäule erzeugen Haloströme im äußeren Bereich des Plasmas, und es kann durch die entstehenden j x B-Kräfte zu strukturellen Schäden kommen. Wegen der angestiegenen Umfangsspannung können sich Elektronenstrahlen im multi-MeV Energiebereich entwickeln, sogenannte Runaway-Elektronen, die beim Aufprallen auf die Gefäßwand lokale Beschädigungen verursachen können. Um diese abträglichen Konsequenzen zu vermeiden, muß eine Methode zur Abschwächung dieser Effekte entwickelt werden. In der vorliegenden Dissertation wird die Abschwächung von Disruptionen mittels eines schnellen Gaseinlasses untersucht. Dafür ist ein spezielles Gasventil mit einer Reaktionszeit von nur 0.5 – 1 ms bei p = 1 – 30 bar entwickelt worden. Im Gegensatz zu anderen Ventilen besitzt es keine ferromagnetischen Materialien und kann im vollen Magnetfeld des Tokamaks betrieben werden. Dadurch wird die Zeitverzögerung zwischen einer sich anbahnenden Disruption und einer möglichen Gegenmaßnahme minimiert. Wenn eine ausreichend große Gasmenge in die Tokamakentladung vor der Disruption injiziert wird, wird ein wesentlicher Anteil der thermischen Plasmaenergie abgestrahlt; dies hat eine homogenere Verteilung der Srtahlungsleistung auf der Gefäßwand zur Folge hat und setzt mögliche übermäßige lokale Wärmebelastungen herab. Die Anwendung eines Edelgases zur Abschwächung von Disruptionen ermöglicht ein schnelles Abpumpen des Gases aus dem Gefäß nach der Tokamakentladung. Eine Reihe von Experimenten am ASDEX Upgrade Tokamak mit verschiedenen Gasen und Gasmengen zeigt die Reduzierung der Stromabfallzeit und die Unterdrückung der Haloströome. Um die Physik einer Disruption zu untersuchen ist ein ein-dimensionales numerisches Modell des Teilchen- und Energietransports entwickelt worden. Rechnungen für Neon zeigen, daß ein schnelles Eindringen des Neon-Gases ins Plasma durch die Kühlung des Plasmas an der Front der Gaswolke erreicht werden kann. Nimmt man für die Neon-Ionen einen Diffusionskoeffizienten von 100 m2/s an, so ist die abgestrahlte Energie gleich der thermischen Plasmaenergie vor der Disruption. Nach dem plötzlichen Energieverlust erreicht das Plasma eine Gleichgewichtstemperatur von einigen eV als die Bilanz zwischen den Ohmschen Heizung, Strahlung und Verlusten durch Wärmeleitung.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	03.02.2004
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	02.02.2004
Datum der Promotion:	02.02.2004