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AbstractThe efficient operation of a tokamak is limited by several constraints, such as the transition to high confinement or the density limits occurring in both confinement regimes. These particular boundaries of operation are derived in terms of a combination of dimensionless parameters describing interchange-drift-Alfvén turbulence without any free adjustable parameter. The derived boundaries describe the operational space at the separatrix of the ASDEX Upgrade tokamak, which is presented in terms of an electron density and temperature existence diagram. The derived density limits are compared against Greenwald scaling. The power threshold and role of ion heat flux for the transition to high confinement are discussed.
AbstractGas puff modulation experiments are performed at ASDEX Upgrade in L-mode plasmas. We model the discharge with the ASTRA transport code in order to determine transport coefficients outside of a normalized radius of ρ
pol = 0.95. The experimental data is consistent with a range of particle diffusivities and pinch velocities of the order of D = (0.20 ± 0.13) m2 s−1 and v = (−1 ± 2) m s−1, respectively. The electron temperature response caused by the gas modulation permits to estimate also that heat diffusivity χ
e increases almost linearly when collisionality rises due to fuelling. The fuelling particle flux is amplified by recycling, overcompensating losses.
Turbulenz ist allgegenwärtig in der Natur. Ein wichtiges Charakteristikum sind Fluktuationen auf einer Vielzahl von räumlichen und zeitlichen Skalen, die sowohl in neutralen Fluiden und gasförmigen Systemen, als auch in Plasmen beobachtet werden. Obwohl der elektromagnetische Charakter von Plasmen eine erhöhte Komplexität von Plasmaturbulenz bedingt, sind die grundlegenden Eigenschaften universell. In magnetisch eingeschlossenen Plasmen führen fluktuierende Plasmaparameter zu turbulentem Transport von Plasmateilchen und Energie, der die Einschlusszeit verringert und wichtige Aspekte zukünftiger Fusionskraftwerke beeinflusst. Der intermittente Charakter dieses konvektiven Teilchenflusses ist verbunden mit turbulenten Strukturen mit großen Amplituden, auch "blobs" genannt, die radial durch das Magnetfeld propagieren. Intermittente Fluktuationen im Randplasma von Experimenten mit linearer Magnetfeldgeometrie werden ebenfalls propagierenden turbulenten Strukturen zugeschrieben. Dabei ist der Mechanismus der radialen Propagation kaum verstanden. In dieser Arbeit wird die Bildung und Propagation von turbulenten Strukturen im linear magnetisierten Helikonexperiment Vineta untersucht. Durch Messungen der Fluktuationen in der azimuthalen Ebene mit multi-dimensionalen Sonden wird gezeigt, dass turbulente Strukturen in Driftwellenturbulenz im Gebiet des maximalen Dichtegradienten entstehen. Die turbulenten Strukturen propagieren hauptsächlich azimuthal in Richtung der Hintergrund ExB-Drift, aber sie besitzen auch eine starke radiale Geschwindigkeitskomponente. Die radiale Propagation wird durch das selbstkonsistente Potential der turbulenten Struktur verursacht, dass zu einem fluktuations-induzierten radialen Transport führt. Im Plasmarand werden die turbulenten Strukturen als intermittente Dichteeruptionen mit großen Amplituden beobachtet. Ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit numerischen dreidimensionalen Fluid-Simulationen mit abgestimmten Geometrie- und Randbedingungen zeigt Übereinstimmung. Die Bildung der turbulenten Strukturen ist kausal mit einer quasi-kohärenten Driftmode verbunden und ihre radiale Propagation wird durch das selbstkonsistente elektrische Feld verursacht, dass aus der dreidimensionalen Dynamik resultiert. Zum Vergleich wird die Propagation von turbulenten Strukturen im Randplasma vom National Spherical Torus Experiment (NSTX) untersucht und mit theoretischen Propagationsmodellen verglichen.