Numerische Untersuchung energetischer Elektronen in durch Hochfrequenzwellen getriebenen sphärischen Tokamak-Plasmen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Benedikt Roidl
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279197977

Das Konzept der Kernfusion ist verglichen mit konventionellen Energieträgern wie z.B. fossilen Brennstoffen, Kernspaltung oder auch erneuerbare Energien durch zahlreiche attraktive Eigenschaften charakterisiert. Hinsichtlich sicherheitstechnischer Aspekte, Brennstoffreserven, Minimierung der Umweltschäden sowie Effizienz kann die Kernfusion einen bedeutenden Beitrag zur zukünftigen weltweiten Energieversorgung liefern. Die großen wissenschaftlichen und ingenieurstechnischen Herausforderungen, die mit dem Konzept der Kernfusion verbunden sind, müssen jedoch zunächst überzeugend gemeistert werden, wobei bereits an den bekannten Problemstellung in weltweit kooperierenden Forschungsprogrammen gearbeitet wird. Zur Verwirklichung eines stabilen thermo-nuklearen Fusionsprozess spielen die komplexen Prozeduren u.a. zur Aufheizung des Plasmas, zum Anfahren und zur Erhaltung des Plasmastroms eine fundamentale Rolle. Der Einsatz von Hochfrequenzwellen mit spezifischen Frequenzspektren stellt ein vielversprechendes und effizientes Verfahren hierfür dar. Allerdings ist der maßgebliche Einfluss energetischer Elektronen in Plasmen mit niedriger Dichte auf die Effektivität und Stabilität der Anfahrprozedur in Tokamak-Konfigurationen noch nicht ausreichend untersucht. Ziel ist es die Rolle der energetischen Elektronen während des induktionsfreien Anfahrprozesses eines sphärischen Tokamaks mithilfe neuartiger numerischer Ansätze zu untersuchen und durch die gewonnenen Erkenntnisse effizientere Anfahrprozeduren zu erarbeiten. Hierzu wird zunächst ein mit einem kinetischen Partikelmodell gekoppelter nicht-linearer Magnetohydrodynamik-Löser (MEGA) für die Handhabung von energetischen Elektronen angepasst und mithilfe von Ergebnissen aus experimentellen Versuchen und Referenzsimulationen um ein Modell der Verteilungsfunktion von Elektronen erweitert. Die Auswertung der Ergebnisse anhand einer realistischen sphärischen Tokamak-Konfiguration hinsichtlich der Rolle energetischer Elektronen wird von Simulationen eines mit MEGA gekoppelten Full-wave-Lösers begleitet.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeber: Professor Dr. Yuichi Takase