Dokument: The role of magnetic topology in the edge plasma performance on W7-X
| Titel: | The role of magnetic topology in the edge plasma performance on W7-X | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=51552 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20191120-080508-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Msc Drews, Philipp [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Liang, Yunfeng [Gutachter] Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Wendelstein 7-X, Langmuir Sonden | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | The fusion experiment Wendelstein 7-X (W7-X) is the largest optimized stellarator of the
world. The aim of the experiment is to demonstrate the capability of stellarators, with an optimized configuration, to confine fast particles due to the optimization of the magnetic field. A success of the experiment will eventually result in a change of future test reactors from the tokamak to the stellarator concept. The stellarator concept utilizes a complicated configuration of coils to generate a poloidal and toroidal magnetic field. In this way the problems that plague tokamaks at driving the toroidal current for the generation of the poloidal magnetic field and the accompanying instabilities are avoided. In addition, this allows for a steady state operation without a need for a current drive. A comprehensive understanding of the interplay between the magnetic topology or the configuration effects and the quality of the magnetic confinement and the plasma parameters is very important for stellarator physics. For the measurement of the plasma edge parameters and especially with fast probes the Multi-Purpose-Manipulator (MPM) was installed. The manipulator allows a flexible mounting of probe heads and material samples. This work is describing the measurement with probes on the stellarator W7-X, including a comparison with a choice of other edge diagnostics and modelling. The combined probe was used to measure the radial profiles, during the fast plunge of the manipulator, of the magnetic field with pick up coils, the electron temperature and density with Langmuir probes, the ion temperature with an ion sensitive probe and the relative flow velocities with a Mach probe. The measurements of the poloidal correlation reflectometer and the infrared camera, which observed the limters and divertors and the EMC3-EIRENE modelling were prominently used for the comparison. The measurements were conducted in both limiter and divertor configurations. In the limiter phase the modification of the iota and of the edge islands was successfully measured. The higher densities and heating powers in the divertor phase allowed a study of the influence of the plasma beta and the plasma currents on the measured edge parameters and the magnetic topology. The data from the combined probe, the limiter/divertor Langmuir probes and the radiated power can be used for the EMC3-EIRENE modelling, which in turn allowed for cross- checking the diagnostic results. The calculation of the electron contribution to the heat flux in the mid-plane, where the manipulator is located, in comparison to the total heat flux on the divertor made an experimental estimation of the ion temperature possible. It was also possible to observe the effect of the iota scan on the heat load asymmetry, that was observed in the standard limiter configuration.Das Fusions Experiment Wendelstein 7-X ist der größte optimierte Stellarator der Welt. Sein Ziel ist es zu demonstrieren, dass Stellaratoren in optimierter Konfiguration in der Lage sind auch schnelle Teilchen durch ein optimiertes magnetisches Feld einzuschließen. Ein Erfolg dieses Experiments würde möglicherweise einen Wechsel vom Tokamak zum Stellarator für einen möglichen Testreaktor bedeuten. Das Stellarator Konzept verwendet eine geschickte Anordnung der Feldspulen um sowohl ein toroidales als auch ein poloidales Feld zu erzeugen. Somit vermeidet es Probleme die beim Tokamak durch das Treiben eines toroidalen Stromes zur Erzeugung des torodialen Feldes verursacht werden. Dies erlaubt auch einen Dauerbetrieb, da kein Strom getrieben werden muss. Ein umfassendes Verständnis über das Zusammenspiel der Topologie oder Konfigurationseffekte und der Qualität des magnetischen Einschlusses und Plasma Parameter ist sehr wichtig für die Stellarator Physik. Zur Messung von Randschicht Parametern und speziell Profilen wurde der sogenannte Multi-Purpose-Manipulator installiert. Er erlaubt die flexible Verwendung von Sonden und Materialproben in W7-X. Eine Entwicklung für Messungen der Randschicht sind die zwei Iterationen der kombinierten Sonde. Diese Arbeit beschreibt die Messungen mit Sonden am Stellarator W7-X, sowie ein Vergleich mit ausgewählten Randdiagnostiken und Modellierung. Die kombinierte Sonde wurde genutzt, um während der schnellen Fahrt des Manipulators die radialen Profile des magnetischen Feldes mit Pick-up Spulen, die Elektronentemperatur und Dichte mit Langmuir Sonden, die Ionentemperatur mit einer ionensensitiven Sonde und die relative Flussgeschwindigkeit mit einer Machsonde zu messen. Messung der Reflektometrie und der Infrarotkameras, welche den Limiter beziehungweise den Divertor beobachten, und EMC3-EIRENE Modellierung werden für einen Vergleich verwendet. Die Messungen wurden sowohl in Limiterplasmen als auch in der Divertorkonfiguration durchgeführt. In den Limiterplasmen wurde erfolgreich die Veränderung des Plasma-Iotas durch eine Modifikation der planaren Spulenströme mit der kombinierten Sonde gemessen. Die höheren Dichten und Heizleistungen in den Divertorplasmen erlaubten eine Untersuchung des Einflusses des Plasmabetas und der Ströme im Plasma auf die gemessenen Randparameter und auch auf die magnetische Topologie. Die Verwendung von Daten aus der kombinierten Sonde, den Limiter/Divertor Langmuir-Sonden und der abgestrahlten Leistung für die Modellierung mit EMC3-EIRENE erlaubte eine Überprüfung der gemessenen Werte, zusätzlich lieferte das Modell auch ein Profil für die Ionentemperatur. Die Berechnung des Elektronenbeitrags zum Wärmefluss in der Mittelebene des Plasmas im Vergleich zum Gesamtwärmefluss auf dem Limiter/Divertor machte eine experimentelle Abschätzung der Ionentemperatur zusätzlich möglich. Unter Verwendung der Ionentemperatur aus der Modellierung war es außerdem möglich, den Effekt der Iotaänderung auf die in der Standardkonfiguration bestehende Wärmelastassymmetrie zu belegen. Ein großer Teil dieser Arbeit befasste sich mit Messungen am Plasmarand. Während die Modellierung eine gewisse Aussage über die Position der letzten geschlossenen Flussfläche machen konnte, gab es dennoch ausreichend Fälle, zum Beispiel beim Einsatz der Korrekturspulen oder später bei einer Erhöhung des Plasmas-Betas, bei denen Änderungen des Plasmas nur sehr schlecht vorhergesagt werden konnten. Mit einer Abfalllänge von etwa einem Zentimeter musste immer ein Kompromiss zwischen den besten Resultaten bei der Messung und der Gefahr, den Sondenkopf zu verbrennen, gefunden werden. | |||||||
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| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 20.11.2019 | |||||||
| Dateien geändert am: | 20.11.2019 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 23.03.2015 | |||||||
| Datum der Promotion: | 30.04.2019 |
