Physik des Plasmarandes

Der Randbereich eines Tokamak-Plasmas, auch Pedestal genannt, ist von entscheidender Bedeutung, um zwei der größten Herausforderungen zu bewältigen, die bei der Entwicklung von Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss auftreten:

• Erstens muss ein stabiles Kernplasma erzeugt und aufrechterhalten werden. Dazu ist ein ausreichend guter Wärme- und Teilcheneinschluss erforderlich. Nur so lässt sich durch Fusionsreaktionen Nettoenergie erzeugen. Der Plasmarand hat einen großen Einfluss auf den Einschluss im Kern. Daher ist ein umfassendes Verständnis der Randeigenschaften erforderlich, um die Leistungsmerkmale im Kern zuverlässig vorherzusagen.
   
• Zweitens müssen aus diesem Plasma kontrolliert Wärme und Teilchen, die bei Fusionsreaktionen entstehen, abgeführt werden (stationäre und transiente Ströme). Auch hier spielt der Plasmarand eine entscheidende Rolle.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, erforscht der Bereich E2 den Wärme- und Teilchentransport in allen Regionen des Plasmas, legt den Schwerpunkt aber auf den Rand. E2 konzentriert sich insbesondere auf die folgenden Themen:

• Experimente zum Wärme-, Teilchen- und Impulstransport im Zentrum und im Randbereich des Tokamakplasmas, wobei nicht nur die Hauptspezies des Plasmas, Wasserstoffisotope, sondern auch die dominanten Verunreinigungen, untersucht werden.
   
• Verständnis der turbulenten und magnetohydrodynamischen (MHD) Instabilitäten, die für diesen Transport verantwortlich sind. Dadurch lassen sich theoretische Modelle überprüfen und Phänomene in künftigen Kernfusionsanlagen vorhersagen.
   
• Untersuchung von ELM-freien Szenarien und solchen mit kleinen ELMs – einschließlich der Verwendung von gezielt eingesetzten magnetischen Störungen. Mit diesen Störungen lässt sich die Randstabilität verändern, um eine Abschwächung der ELMs zu erreichen. ELMs (Edge Localized Modes) sind Plasmainstabilitäten, die im Randbereich des Tokamaks auftreten.