| Autor(en): |
Bernd Koch |
Titel: |
Angular resolved measurements of particle and energy fluxes to surfaces in magnetized plasmas |
| Gutachter: |
Gerd Fußmann; Hans-Stephan Bosch; Werner Ebeling |
| Erscheinungsdatum: |
16.11.2004 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10034619)
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| Fachgebiet(e): |
Physik |
| Schlagwörter (ger): |
Plasma-Wand-Wechselwirkung, Plasmarandschicht, streifendes Magnetfeld, Energiefluss |
| Schlagwörter (eng): |
plasma wall interaction, plasma sheath, oblique magnetic field, energy flux |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Zitationshinweis: |
Koch, Bernd:
Angular resolved measurements of particle and energy fluxes to surfaces in magnetized plasmas;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 16.11.2004, urn:nbn:de:kobv:11-10034619
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| Abstract (ger): |
| Eines der größten Probleme bei der kontrollierten Kernfusion ist die
immense thermische Belastung der mit dem Plasma in
Berührung kommenden Materialien.
Um den Energiefluß aus dem Plasma auf eine möglichst große Fläche zu verteilen,
werden die betroffenen Komponenten in der Regel so angebracht, da"s
das magnetische Feld annähernd parallel zur Oberfläche verläuft.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden ein spezieller drehbarer Meßkopf
zur winkelabhängigen Messung des Strom- und Energieflusses
entwickelt und ausführliche experimentelle Untersuchungen
zur Winkelabhängigkeit der Teilchen- und Energieflüsse
auf eine Fläche durchgeführt.
Zum Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen
wird basierend auf den Gyrationsbahnen der Teilchen ein analytisches
Modell entwickelt und dessen qualitative Übereinstimmung mit den
experimentellen Befunden festgestellt.
Die Durchführung der Experimente erfolgte am Plasmagenerator PSI-2,
einem linearen Divertor-Simulator mit einem moderaten magnetischen
Feld.
Der Aufbau des Meßkopfes als ebene Sonde in einer isolierten
Fläche enspricht dabei in etwa der einer sogenannten ,,flush-mounted probe''''.
Die äußeren Maße der Sonde sind dabei vergleichbar mit dem
Ionengyroradius ri}.
Während die Elektronen bei den Experimenten
stark magnetisiert sind,
variieren die Bedingungen für die Ionen zwischen unmagnetisiert
und magnetisiert je nach Ionenmasse und Magnetfeldstärke.
Bei den Experimenten wurden verschiedene Größen der Plasmarandschicht
als Funktionen des Winkels zwischen der Oberflächennormale der Sonde
und dem Vektor des magnetischen Feldes bestimmt.
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| Abstract (eng): |
| In fusion experiments, the energy flux to the
target plates is an important issue.
In order to spread the heat load, surfaces are usually designed to
intersect magnetic field lines at very shallow angles.
In the course of this work, a sensitive probe allowing simultaneous
measurements of energy flux and current density
as functions of a bias voltage was developed.
Extensive experimental data on the particle and energy flux densities as functions
of the angle between a surface and the confining magnetic field are
provided.
An analytical model is developed in order to reveal the physics
involved; it is in good qualitative agreement with the experimental
results.
The experiments were conducted at the PSI-2 facility,
a linear divertor simulator with moderate magnetic field strength.
The probe was rotated in a spatially homogeneous plasma.
The active area, a tungsten covered Peltier module,
was immersed in a ceramic surface,
closely resembling the geometry of a flush mounted probe.
Its dimensions were comparable to the ion gyro radius ri.
While the electrons were strongly magnetized,
the ion conditions varied between unmagnetized and
magnetized depending on the ion species.
Sheath parameters were determined as functions of the angle alpha between the probe
surface normal and the magnetic field.
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