Dokument: Spektroskopische Untersuchung der poloidalen Plasmarotation unter dem Einfluß statischer und dynamischer Ergodisierung am Tokamak TEXTOR
| Titel: | Spektroskopische Untersuchung der poloidalen Plasmarotation unter dem Einfluß statischer und dynamischer Ergodisierung am Tokamak TEXTOR | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3352 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20060316-001352-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Busch, Christian [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Samm, Ulrich [Gutachter] Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | poloidal, Plasmarotation, Spektroskopie, Tokamak, Ergodisierung, Ladungsaustausch, Wasserstoffstrahl, Kernfusion, TEXTORpoloidal, plasma rotation, spectroscopy, tokamak, ergodisation, charge exchange, hydrogen beam, nuclear fusion, TEXTOR | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Gegenstand dieser Arbeit war der Aufbau eines Beobachtungssystems am Tokamak TEXTOR zur spektroskopischen Messung der poloidalen Plasmarotation und die Untersuchung des Einflusses statischer und dynamischer Ergodisierung auf die Rotation. Radiale Profile der poloidalen Rotation wurden durch Ladungsaustauschspektroskopie an vollionisiertem Kohlenstoff, C6+, mit Hilfe eines hochenergetischen Wasserstoffdiagnostikstrahls bestimmt. Weitere abgeleitete Größen dieser Methode sind die Ionentemperatur und die C6+-Dichte. Zusammen mit der an einem anderen System gemessenen torodialen Rotation ist die Analyse des radialen elektrischen Feldes möglich. Zusätzlich wurde mit Hilfe passiver Spektroskopie die poloidale Rotation von C2+-Ionen an einer festen radialen Position gemessen. Zur dopplerspektroskopischen Messung der Rotationsgeschwindigkeiten wurde ein hochauflösendes Echelle-Spektrometer aufgebaut. Sichtlinien in und entgegen der Rotationsrichtung erlauben eine in situ Kalibrierung der Wellenlänge. Die Genauigkeit der aktiven Geschwindigkeitsmessung beträgt +/-(1-2) km/s bei einer Zeitauflösung von 1s, für die passiven Messungen konnte eine Zeitauflösung von 50 ms realisiert werden. Ein hier umgesetztes Verfahren nutzt die eigene Emission des Diagnostikstrahls zur verbesserten radialen Kalibrierung der Beobachtungskanäle. In einer ohmschen Plasmaentladung ohne Ergodisierung rotiert der Kohlenstoff mit typischen Geschwindigkeiten bis -5 km/s entgegen der Richtung des poloidalen Magnetfeldes (counter). Das damit verbundene radiale elektrische Feld von -5 kV/m weist ins Plasmazentrum und ist von der poloidalen Rotation dominiert. Die gemessene Rotation wird nur teilweise von der für die experimentellen Bedingungen berechneten neoklassischen Rotation wiedergegeben, was auf nicht im Modell enthaltene Effekte wie anomale Viskosität oder Dämpfung der Rotation durch Neutralteilchen zurückgeführt werden kann. Unter dem Einfluß eines statischen magnetischen Störfeldes am Plasmarand kehrt die Rotation im ergodisierten Gebiet in co-Richtung um. Dies ist mit einer Umkehr des elektrischen Feldes verbunden, welches nach außen weist. Die an Kohlenstoff gemachten Beobachtungen stimmen mit Berechnungen des radialen elektrischen Feldes und der Rotation für das Hintergrundplasma aus Deuterium überein. Der Einfluß der Ergodisierung auf die Rotation und das elektrische Feld kann qualitativ durch ein Drehmoment erklärt werden, das durch das toroidale Magnetfeld im Zusammenspiel mit einem nach außen gerichteten Ausgleichsstrom hervorgerufen wird, der die Elektronenverluste entlang des Magnetfeldes in der ergodischen Zone kompensiert. Messungen an C2+-Ionen zeigen eine lineare Zunahme der Rotation mit der Stärke des Störfeldes. Im dynamischen Betrieb rotiert das Störfeld mit Frequenzen bis zu +/-1 kHz in vorwiegend poloidaler Richtung. Hier ist die gemessene Rotation unabhängig von Frequenz und Drehsinn des Störfeldes und wächst wie im statischen Fall linear mit der Stärke der Ergodisierung in co-Richtung an. Geringfügige Unterschiede lassen sich ebenfalls mit der Beeinflussung der Ergodisierung durch magnetische Moden erklären. Der hier gefundene Mechanismus der Beschleunigung über den Ergodierungsstrom dominiert somit das eventuelle Zusammenspiel von induzierten Abschirmströmen mit dem Störfeld.The subject of this thesis was the implementation of an observation system to measure the poloidal plasma rotation spectroscopically and to study the impact of static and dynamic ergodization on rotation. Radial profiles of poloidal rotation have been determined by charge exchange spectroscopy on completely ionized carbon, C6+, by means of a high-energy hydrogen beam. Furthermore, this method provides the ion temperature and the C6+ density. Together with the toroidal rotation measured at another system, it is possible to analyze the radial electric field. In addition, the poloidal rotation of C2+ ions has been measured via passive spectroscopy at a fixed radial position. A high resolution Echelle-spectrometer has been installed for the Doppler-spectroscopic measurement of the rotation velocities. Lines of sight looking both into and against the direction of rotation provide an automatic calibration of the wavelength. The precision of the active measurement accounts for +/-(1-2) km/s at a time resolution of 1 s which could be decreased to 50 ms for the passive measurement. A new method also realized here uses the emission of the diagnostic beam for an improved radial calibration of the channels. In an ohmic discharge without ergodization, the carbon rotates with velocities of typically -5 km/s against the direction of the poloidal magnetic field (counter). The related radial electric field of -5 kV/m points towards the plasma center and is dominated by the poloidal rotation. For the actual experimental conditions, the measured rotation is only reproduced in parts by the calculated neoclassical rotation. This can be attributed to effects not included in the model like anomalous viscosity or damping of the rotation by neutrals. Under the influence of a static magnetic perturbation field the rotation in the ergodized region at the plasma edge reverses into the co-direction. This is connected to a reversal of the electric field pointing outward. These observations on carbon agree with calculations of both the radial electric field and the rotation for the background plasma composed of deuterium. The impact of the ergodization on the rotation and the electric field can be explained qualitatively by a torque, which is generated by the interaction between the toroidal field and an outward compensation current. The latter compensates the electron losses along the magnetic field in the ergodic zone. The measurements on C2+ ions show a linear increase of the rotation with the strength of the perturbation field. In dynamic operation, this field predominantly rotates in the poloidal direction with frequencies up to +/-1 kHz. Here the measured rotation is independent from frequency and from the direction of rotation of the perturbation. Like in the static case, the rotation increases linearly into co-direction with increasing strength of the perturbation. Small differences might be due to the impact of magnetic modes on the ergodization. Therefore, the mechanism found here, which leads to the plasma acceleration by a compensation current, dominates any possible additional interaction between the perturbation field and induced shielding currents. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 16.03.2006 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.02.2006 | |||||||
| Datum der Promotion: | 02.02.2006 |
