Dokument: Studies of Runaway Electrons during disruptions in the TEXTOR tokamak

Titel:	Studies of Runaway Electrons during disruptions in the TEXTOR tokamak
Weiterer Titel:	Untersuchung von Runaway-Elektronen während Disruptionen in TEXTOR tokamak
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=36567
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20151214-105959-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wongrach, Kunaree [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 20,45 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.12.2015 / geändert 14.12.2015
Stichwörter:	runaway electron, disruption, mitigation
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Disruptionen stellen eine große Gefahr fu ̈r Fusionanlagen dar. In dieser Arbeit werden Runaway-Elektronen untersucht, die in Disruptionen erzeugt wurden. Die Disruptionen werden durch massive Gasinjektion von Argon durch ein spezielles Ventil induziert; das Szenario ist recht reproduzierbar und gew ̈ahrt eine betr ̈achtliche Anzahl von Runaway-Elektronen im Energiebereich von wenigen MeV bis zu 30 MeV. Der niederenergetischere Anteil der Runaways wird durch eine Szintillator- Sonde erfasst und der h ̈oherenergetische Teil (Wre ≥ 25 MeV) u ̈ber die emittierte Synchrotron Strahlung durch eine schnelle IR-Kamera. Trotz a ̈hnlicher Anfangsbedingungen zeigt die zeitliche Runaway-Entwicklung deut- liche Unterschiede: a) Es gibt ruhige Disruptionen, bei denen in einer Plateau- Phase keine MHD Aktivit ̈aten (z.B. im SXR- oder Mirnov-Signal) beobachtet wer- den. U ̈berraschender Weise zeigen einige dieser Disruptionen ein Streifenmuster im IR-Bild, wenn man je zwei aufeinander folgende Bilder voneinander subtrahiert. Diese Streifen sind charakteristisch fu ̈r eine laminare Zone. b) Es gibt Disruptio- nen mit ausgepr ̈agten MHD Aktivita ̈ten in der Plateau-Phase. Hier beobachtet man ha ̈ufig du ̈nne Kana ̈le, die wa ̈hrend der MHD-Phase die Runaway-Region mit der Szintillator-Sonde verbindet. c) In wiederum anderen Fa ̈llen wird noch eine betra ̈chtliche Anzahl von Runaway-Elektronen beobachtet, obwohl der Plasmastrom nur noch wenige kA betra ̈gt. Der Radius der Runaway-Zone betra ̈gt etwa 30 cm, etwa die Ha ̈lfte des Plasma- Radius vor der Disruption. Die Zahl der hochenergetischen Runaway-Elektronen entspricht etwa 3.4×1016, was 47% der gesamten Zahl der Runaways entspricht. Die wesentliche Unsicherheit bei dieser Abscha ̈tzung ru ̈hrt von der Unsicherheit bei der Abscha ̈tzung der senkrechten Komponente des Runaway Geschwindigkeitsvektors. Der letzte Teil der Arbeit befasst mit M ̈oglichkeiten, die bei der Disruption erzeugten Runaways unscha ̈dlich zu machen oder die Erzeugung zu verhindern. Mittel zur Runaway-Unterdru ̈ckung sind a) ein zweites Ventil mit massiver Gasinjektion oder b) der Einsatz von einer Magnetfeld-Ergodisierung durch den DED in der 3/1- oder 6/2-Mode. Es wurde gefunden, dass die Runaway-Elektronen, die bei Disruptionen erzeugt werden, sich wesentlich robuster verhalten als solche, in normalen Niedrig- Dichte-Entladungen erzeugt werden. Nur bei a) sehr hoher Gaszufuhr unmittelbar nach dem Disruptionstrigger oder bei b) Ergodisierung schon vor Einsatz des Injek- tionstriggers konnte die Runaway-Erzeugung deutlich reduziert werden. Disruptions are a major threat for fusion devices. In this thesis particular emphasis is put on the runaway electrons generated during disruptions. For this reason, disruptions are initiated by a massive injection of argon gas performed by a special valve; this scenario is rather reproducible and provides a substantial fraction of runaway electrons with energies in the range from a few MeV up to 30 MeV. The lower energy runaways are detected by a scintillator probe. The high energy electrons (Wre ≥ 25 MeV) emit synchrotron radiation which is measured by a fast IR camera. Despite similar initial conditions, different cases of temporal evolution of runaway electrons are observed. a) There are disruptions, in which no runaway burst in SXR or Mirnov spikes are seen. Surprisingly, in some discharges of this case the subtraction of two consecutive IR images shows stripe structures at the beam edge. These stripes are a characteristic feature of the laminar zone. b) There are spiky disruptions by which the MHD mode is excited. One observes often a small channel connecting the runaway beam to the scintillator probe which is created during the spiky phase when the runaway beam moves close to the probe. c) In other cases of disruptions a significant number or runaway electrons is present after the plateau termination, although the plasma current drops to a few tens of kA. The radius of the runaway beam of rbeam = 30 cm amounts to about half of the predisruptive plasma radius. The number of high energy runaway electrons are calculated to be 3.4×1016 corresponding to 47 % of the total runaway number. The error in determining the number of the high energy runaways is mainly caused by the estimation of the perpendicular component of the velocity vector of the runaways. The last experimental campaigns were devoted to the investigations of different techniques to mitigate the effect of runaways or to suppress their generation during disruptions. Means for the mitigation were the use of a) a second fast gas injection or the application of b) magnetic perturbations initiated by the DED 3/1 or 6/2 modes. It was found that the runaway electrons created during a disruption are much more robust against those perturbations than the runaways created during a normal low density discharge. A substantial reduction of REs was achieved only by gas injection immediately after the disruption is triggered or the start of the ergodization prior to the disruption.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	14.12.2015
Dateien geändert am:	14.12.2015
Promotionsantrag am:	12.10.2015
Datum der Promotion:	07.12.2015