Profil-Diagnostik
Die Arbeitsgruppe entwickelt und betreibt Diagnostiken mit denen die Optimierung des Plasmaeinschlusses in Wendelstein 7-X überprüft werden kann. Es sind dies vor allem Diagnostiken die radiale Profile wichtiger Plasmaeigenschaften messen, d.h. ihren Verlauf vom Zentrum bis zum Rand des Plasmas.
Im Fokus stehen insbesondere die Profile von Dichte und Temperatur der Elektronen im Plasma, der Temperatur der Wasserstoffionen, der Verteilung von Verunreinigungen und des sich einstellenden radialen elektrischen Feldes, d.h. der elektrischen Aufladung des Plasmas.
Für die nächste Experimentphase (OP2) werden dazu folgende Diagnostiken entwickelt und betrieben:
- Die Laserinterferometrie nutzt die innovative Technik der Dispersionsinterferometrie für eine kontinuierliche Messung der durchschnittlichen Elektronendichte und liefert damit das Signal für die Dichtekontrolle. Mit einem in der Entwicklung befindlichen System mit mehreren Sichtlinien kann dann auch die Form des Dichteprofils verfolgt werden, letztlich mit dem Ziel einer Dichteprofilkontrolle.
- Die Thomson-Streuung, mit der aus dem Licht, das entlang eines gepulsten Laserstrahls an den Plasma-Elektronen gestreut wird, die lokale Elektronendichte und -temperatur bestimmt werden
- Die Elektronen-Zyklotron-Emissions-Diagnostik (ECE), die aus der Intensität der Mikrowellen, die von den um die Magnetfeldlinien kreiselnden Elektronen emittiert werden, die Strahlungstemperatur der Elektronen bestimmt.
- Die Reflektometrie verwendet Radar-Techniken um die Verteilung der Elektronendichte im Plasma zu sondieren.
- In abbildenden Röntgenspektrometern wird die Emission der von Verunreinigungen des Plasmas emittierten Röntgenstrahlung und ihre Verteilung im Plasma genutzt, um Aussagen über die Dichte der Verunreinigungen und die Temperatur der sie umgebenden Wasserstoff-Ionen und der sie anregenden Elektronen zu gewinnen.
- Bei der Ladungsaustausch-Spektroskopie (CXRS) beobachtet man die entlang des Strahls der Neutralteilchen-Heizung durch die Wechselwirkung seiner hochenergetischen Wasserstoffatome mit dem Plasma entstehende sichtbare Strahlung. Daraus lassen sich entlang des Strahls u.a. die lokale Ionen-Temperatur sowie das lokale elektrische Feld bestimmen.
- Mit passiver Spektroskopie entlang mehrerer Sichtlinien und Winkel wird die Emission von Verunreinigungen, die in die Randbereiche des Plasmas eindringen, beobachtet und daraus deren Ausbreitungsgeschwindigkeiten und Temperatur abgeleitet.
- Außerdem protokollieren geeichte Neutronenzähler gemäß den Anforderungen des Strahlenschutzes evtl. entstehende Fusionsneutronen. Signifikante Zählraten werden erst beim späteren Betrieb mit schwerem Wasserstoff (Deuterium) erwartet.
Ein wichtiger Aspekt der Optimierung des W7-X Magnetfeldes ist die Minimierung der Verluste schneller "überthermischer" Ionen aus dem Plasma und der damit verbundenen lokal sehr hohen Wärmelast auf Komponenten der ersten Wand. Solch schnelle Ionen werden durch die Neutralteilchen-Injektions-Heizung oder die Ionen-Zyklotron-Heizung erzeugt. In einem späteren Reaktor handelt es sich um die durch die Fusion entstehenden schnellen Heliumkerne, die ihre Energie zum Aufheizen im Plasma deponieren sollen, anstatt die Wände zu belasten.
- Die Arbeitsgruppe entwickelt und betreibt Diagnostiken und ergänzende numerische Verfahren, die die Entstehung der schnellen Ionen, ihr Abbremsen im Plasma und letztlich ihre Last auf die erste Wand beobachten und den Gewinn des Optimierungskonzepts von Wendelstein 7-X unter diesem Gesichtspunkt beurteilen sollen. Kooperationspartner sind das Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), USA und NIFS, Japan.