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Plasmaphysik Dienstag P 10.17 Di 17:45 Foyer Messung magnetischer Fluktuationen im Torsatron TJ-K — •C. Elsner, K. Rahbarnia, M. Ramisch, N. Mahdizadeh und U. Stroth — Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität, 24098 Kiel Die Bedeutung von elektrostatischer Turbulenz für den Transport in Fusionsplasmen ist weitgehend anerkannt und zahlreiche experimentelle Untersuchungen wurden diesem Thema in den letzten Jahren gewidmet. Hingegen ist über den Beitrag der magnetischen Fluktuationen für den Transport wenig bekannt. Aufgrund der Kopplung der elektrostatischen Turbulenz an Alfvén-Wellen ist auch in Niedrig-β-Plasmen mit magnetischen Fluktuationen zu rechnen. TJ-K ist ein Experiment, bei dem die raum-zeitliche Struktur der elektrostatischen Turbulenz durch Messungen gut bekannt ist. In dieser Arbeit soll die Magnetfeldkomponente der Fluktuationen mit ˙B-Sonden im gesamten Plasma gemessen und mit den elektrostatischen Fluktuationen verglichen werden. Zusätzlich werden die resultierenden Ergebnisse mit analogen Analysen an mit dem DALF3-Code berechneter Turbulenz gegenübergestellt. P 10.18 Di 17:45 Foyer A new tool for Alfven-Eigenmode analysis — •Stefan Zegenhagen, Andreas Werner, Thomas Klinger, and Arthur Weller — Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Wendelsteinstraße 1, 17489 Greifswald Mirnov diagnostic has proven to be a useful technique to detect Alfven- Eigenmodes in magnetically confined plasmas. The simple experimental setup and easy operation has made it a widely used tool in fusion research. But the interpretation of the data is usually quite complicated due to relatively high noise levels, non-evenly spaced probes, and the common coexistence of more than one mode. Here, a new analysis tool is presented that is based upon the well known lomb periodogram. It allows to perform a time, frequency and mode number resolved analysis of Mirnov data while including the data of all Mirnov probes, which may be unevenly spaced and sampled. First results for W7-AS data are presented. P 10.19 Di 17:45 Foyer Electron cyclotron resonance heating in the WEGA stellarator — •Yurij Podoba, Kinga Horvath, Heinrich P. Laqua, Johann Lingertat, and Friedrich Wagner — Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik, Euratom Association, TI Greifswald, Wendelsteinstr. 1, 17491 Greifswald, Germany The plasma in the WEGA stellarator is created and heated by microwaves at 2.45 GHz and Pmax=6 kW. Initially, the microwaves were launched through a cylindrical tube the from low field side of the torus, in O-mode. The resonant toroidal magnetic field was located near the centre of the vacuum chamber. Using this heating scenario, hollow profiles of el. density and temperature were observed, and the maxima of density and temperature, as well as the cut-off layer were located outside the last closed flux surface. Only a small part of the heating power reached the centre region after OXB conversion. For the OXB process to be effective the wave has to be launched at an oblique angle to the magnetic surface, it is 45 deg for 1st harm. The OXB conversion efficiency was further improved by cutting the antenna tube under an angle of 45 deg which increased the power launched at optimum oblique angle. With this antenna we obtained flat or peaked density profiles. In this paper the latest results of antenna shape optimisation will be presented. P 10.20 Di 17:45 Foyer 3D fluid simulation of the ergodic edge plasma layer in TEXTOR-DED — •Derek Harting 1 , D. Reiter 1 , M. Kobayashi 2 , Y. Feng 3 , and T. Haberscheidt 1 — 1 Institut für Plasmaphysik, Forschungszentrum Jülich GmbH, Euratom Association, Trilateral Euregio Cluster, 52425 Jülich — 2 National Institute for Fusion Science, 322-6 Oroshi, Toki 509-5292, Japan — 3 Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Euratom Association, 17491 Greifswald Prior to the experimental campaigns with the newly installed Dynamic Ergodic Divertor (DED) at the TEXTOR tokamak a series of 3D edge plasma fluid simulations has been carried out. The main goal of these numerical experiments is the identification of sensitive parameters. We have employed the EMC3-EIRENE code, for the solution of the plasma fluid equations coupled to a kinetic treatment of the recycling neutrals. The 3D magnetic field topology is obtained from a combination of magnetic equilibrium calculations (DIVA) with field line tracing to account for the DED perturbation field. Keeping the unknown perpendicular plasma transport coefficients at fixed (anomalous) values typical for fusion edge plasmas, we identify the combined effect of equilibrium and magnetic perturbation as essential for the overall plasma dynamics in the DEDedge. E.g., the pathways for particle and energy loss from the confined plasma to the divertor target are shown to be significantly influenced by this combined effect. For edge topologies typical for TEXTOR DED a separate treatment of the ”laminar” (short field line) and the (partially) ergodised field zone, as earlier proposed, seems to be ruled out due to these sensitivities. P 10.21 Di 17:45 Foyer Modelling of the effects from the Dynamic Ergodic Divertor (DED) on global plasma behavior in TEXTOR — •X. Loozen, M. Tokar, and R. Wolf — Institut für Plasmaphysik, Forschungszentrum Jülich GmbH, EURATOM Association, D-52425 Jülich, Germany Control of transport processes at plasma edge of fusion devices is important to maintain stationary operation of thermonuclear reactors. One way to achieve this is the application of Ergodic Divertors (ED). ED generate perturbations of the magnetic field at the plasma edge and change significantly plasma transport properties. ED have been tested on several tokamaks and recently, the operation of TEXTOR with the Dynamic Ergodic Divertor (DED) has been started. In order to investigate the effect of DED on the global plasma behavior some amendments will be made in the 1-D transport code RITM. This code can not be, however, applied in the laminar zone, where magnetic field lines make relatively short excursions between intersections of divertor plates. By using a simple model for the DED magnetic field, the width of the laminar zone is estimated analytically as a function of the position of the resonant surface, the amplitude and poloidal mode number m of the perturbation. It is shown that the laminar zone width depends almost linearly on the perturbation amplitude for high values of m. For low m values, the laminar zone width increases non-linearly with the amplitude. It is also demonstrated that the laminar zone becomes thinner with increasing mode number. P 10.22 Di 17:45 Foyer Zur Aufladung von mikrodispersen Teilchen im Plasma — •Maik Fröhlich 1 , Holger Kersten 2 und Rainer Hippler 1 — 1 Institut für Physik, E.-M.-Arndt-Universität, Domstr. 10a, — 2 INP Greifswald, F.-L.-Jahn-Str. 19, D-17489 Greifswald Das Interesse an Komplexen (staubigen) Plasmen wächst stetig, wobei dieses Interesse sowohl in der Beschreibung von Kometenschweifen, interstellaren Wolken und planetaren Ringsystemen begründet ist als auch in technischen Anwendungen zur Veränderung von Partikeleigenschaften mikrodisperser Teilchen, durch z.B. Wachstum oder Beschichtung, in einem Prozessplasma. Zur Behandlung dieser 100 nm bis 100 µm großen Teilchen ist es notwendig, deren Ladung infolge des Stromes von Ionen und Elektronen auf die Partikel möglichst exakt zu kennen. Es soll das häufig verwendete Modell des Kugelkondensators diskutiert, die Grenzen aufgezeigt und eine Beschreibung durch die Charakterisierung der Oberflächenladungsdichte sphärischer Partikel auf der Basis von Plasma-Wand-Wechselwirkungsprozessen dargestellt werden. Die Resultate werden mit experimentellen Ergebnissen verglichen. P 10.23 Di 17:45 Foyer Coulomb-Kristallisation in expandierenden laser-gekühlten neutralen Plasmen — •Thomas Pohl, Thomas Pattard und Jan-Michael Rost — MPI für Physik komplexer Systeme, Dresden Fortschritte in experimentellen Techniken zum Einfangen und Kühlen atomarer Gase haben es in den letzten Jahren ermöglicht, erstmals ultrakalte Plasmen (T ≪ 1K) durch Photoionisation laser-gekühlter Atome zu erzeugen. Dabei heizt sich jedoch das Plasma aufgrund der Ausbildung von räumlichen Korrelationen einerseits sowie durch Dreikörper- Rekombination anderseits sehr schnell auf, sodass es unmöglich ist, auf diese Weise ein stark gekoppeltes Plasma zu erzeugen. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin die Ionen während der Expansion weiter zu kühlen. Wir beschreiben ein solches Szenario auf der Basis einer Hybrid- Molekular-Dynamik-Methode, die es erlaubt das Plasma auf experimentellen Zeitskalen (≈ 100µs) zu untersuchen und gleichzeitig die
Plasmaphysik Dienstag stark gekoppelte Ionen-Dynamik einzubeziehen [2]. Es zeigt sich, dass zusätzliches Doppler-Kühlen die Expansion des Plasmas erheblich modifiziert und damit die Bildung eines Plasmas mit exotischen Eigenschaften ermöglicht, in dem die elektronische Komponente schwach gekoppelt ist während die Ionen Effekte starker Kopplung aufweisen. In Abhängigkeit von den Plasmaparametern führt dies zum Auftreten einer gitterähnlichen Ordnung (Nahordnung) oder sogar zur Ausbildung von Schalen-Strukturen (Fernordnung) während der Expansion. [1] T. C. Killian et al., Phys. Rev. Lett. 83, 4776 (1999) [2] T. Pohl, T. Pattard and J. M. Rost (eingereicht) P 10.24 Di 17:45 Foyer Dynamic Properties of Finite Coulomb Clusters in Colloidal Plasmas — •Ryuta Ichiki 1,2 , Yuriy Ivanov 1 , and Andre Melzer 1 — 1 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, 17489 Greifswald — 2 Interdisciplinary Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu University, Kasuga, Fukuoka 816-8580, Japan Finite Clusters in colloidal plasmas consist of a small number of microspheres (N = 1...200) trapped in the sheath of a discharge plasma. The particles acquire high negative charges and interact via their Coulomb repulsion. They are confined by strong vertical and weak horizontal (radial) potential wells, thus forming 2D concentric structures. The particles are illuminated by lasers and are observed with video cameras. The dynamic properties of these Coulomb clusters are described by their normal modes. Here, we present experiments on finite clusters in our new plasma chamber that was recently set up in Greifswald. In these experiments, the mode properties of finite Coulomb clusters have been determined for different particle numbers N. One of our goals is to relate the dynamic properties of these finite systems to the dispersion relation of waves in infinite systems. As a more technical problem, the influence of the video frame rate on the analysis of the dynamic properties is also investigated. P 10.25 Di 17:45 Foyer Beeinflussung und Vorhersage von Partikelverteilungen in Komplexen Plasmen unter Mikrogravitation — •Markus Klindworth, Oliver Arp und Alexander Piel — Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität Kiel, 24098 Kiel Plasmen mit einer zusätzlich injizierten Teilchenspezies in Form von geladenen Mikropartikeln bezeichnet man als Komplexe Plasmen. Unterliegen diese Partikel beobachtbarer Größe der Gravitation, so lassen sie sich lediglich in der unteren Randschicht z.B. einer HF-Entladung einfangen. Unter Schwerelosigkeit verteilen sich die Partikel im Plasmavolumen – es werden aber auch die Effekte kleinerer Kräfte, wie dem “Iondrag”, deutlich. Der Impulsübertrag der aus dem Plasma strömenden Ionen auf die Staubteilchen drängt diese aus dem Zentrum der Entladung, ein staubfreier Bereich (“void”) entsteht. Quantitativ ist dieser Effekt noch nicht völlig verstanden. Durch die Manipulation des Plasmas mit Hilfe segmentierter Elektroden oder elektrostatischer Anregung durch eine Langmuir-Sonde läßt sich die Form des Voids verändern und die Reaktion und neue Gleichgewichtslage der Partikel studieren. Ein einfaches Modell zum Gleichgewicht zwischen elektrischer Feldkraft und “Ion-drag” erlaubt die Vorhersage von Staubverteilungen unter Mikrogravitation durch Messung von Plasmaparameterprofilen im staubfreien Plasma. Das für die Experimente aufgebaute Parabelflugexperiment dient zudem dem Test von Konzepten und Prototypen für ein Gemeinschaftsexperiment (IMPACT/IMPF) an Bord der ISS. P 10.26 Di 17:45 Foyer Sondenerzeugte staubfreie Bereiche in Komplexen Plasmen unter Schwerelosigkeit — •Markus Klindworth 1 , Alexander Piel 1 und André Melzer 2 — 1 Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität Kiel, 24098 Kiel — 2 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, 17489 Greifswald Als “voids” werden scharf begrenzte staubfreie Bereiche in Komplexen Plasmen bezeichnet. Sie treten besonders deutlich in Hochfrequenzentladungen mit induzierten mikrometergroßen Partikeln unter Scherelosigkeit auf. Die Entstehung dieser “voids” wird den entgegengesetzten elektrischen Feld- und Ionenwindkräften auf die geladenen Staubpartikel zugeschrieben. Der Mechanismus gilt aber besonders in quantitativer Hinsicht als nicht vollständig verstanden. Einen neuen Ansatz zur Untersuchung der “voids” stellt die Beobachtung von Staubverteilungen um eine Langmuir-Sonde unter Mikrogravität dar. Die Staubpartikel sitzen in der Vorschicht der Sonde, wo ein Gleichgewicht zwischen abstossender Feldkraft und Impulsübertrag durch die zur Sonde strömenden Ionen besteht. Die Größe und Form der Staubverteilung markiert den Verlauf der Schichtgrenze um den im Plasma befindlichen Sondenschaft. Die numerische Lösung eines stoßbehafteten Vorschichtmodells erlaubt eine Analyse der Kräfte und Gleichgewichtspositionen des Staubs. Das durch die modellierten Kräftegradienten gebildete Einfangpotential erklärt ebenfalls die Bildung einer ausgeprägten Partikelschichtung. P 10.27 Di 17:45 Foyer Sondenmessungen in Komplexen Plasmen im Labor und auf Parabelflügen — •Markus Klindworth 1 , Alexander Piel 1 und André Melzer 2 — 1 Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Christian-Albrechts-Universität Kiel, 24098 Kiel — 2 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, 17489 Greifswald Für das Verständnis von Staubverteilung und -Dynamik in Komplexen Plasmen (Plasmen mit injizierten Mikropartikeln) ist die raumaufgelöste Kenntnis der Plasmaparameter von großem Interesse. Anhand unserer Entwicklung eines Sondensystems für Schwerelosigkeitsexperimente an Komplexen Plasmen auf Parabelflügen zeigen wir eine angepaßte Methode zur Auswertung und Aufnahme von Kennlinien in begrenzten Plasmen unter Anwesenheit von Mikropartikeln (“Staub”). Die Auswertung auf Basis eines stoßkorrigierten “radial-motion”-Modells zeigt gute Übereinstimmung mit Simulationen der Entladung. Durch den Vergleich von Profilen partikelfreier Labormessungen mit partikelversetzten Plasmen unter Schwerelosigkeit zeigt sich eine Konzentration der Region hoher Plasmadichte und hohen Potentials auf den staubfreien Bereich im Zentrum der Entladung bei insgesamt verminderten absoluten Werten. Der Staub zeigt sich also als Plasmaverlustregion. Die Ergebnisse lassen sich mit Messungen eindimensionaler Sondenschnitte im Labor in einfacherer Geometrie bestätigen. P 10.28 Di 17:45 Foyer Zeitaufgelöste elektrische Messungen in staubigen Plasmen — •Janine-Christina Schauer, Suk-Ho Hong und Jörg Winter — Ruhr-Universität Bochum Es ist bekannt, dass die elektrischen Eigenschaften eines Plasmas durch Partikelbildung in reaktiven Gasen stark beeinflusst werden. Wir haben die Änderungen der elektrischen Eigenschaften in staubbildenden Argon-Acetylen- und Argon-Methan-Plasmen in einer kapazitiv gekoppelten GEC-Zelle bei 13,56 MHz untersucht. Dazu wurden Strom und Spannung an den Zuleitungen zu der getriebenen und geerdeten Elektrode mit Strom-Spannungs-Messsonden gemessen und mit einem mathematischen Modell in die an den Elektrodenoberflächen anliegenden Ströme und Spannungen umgerechnet. Die Änderung der Plasmacharakteristik aufgrund der Entstehung und des Wachstums der Staubpartikel wurde beobachtet und zeitaufgelöst gemessen. Die verschiedenen Staubwachstumsphasen Nukleation, Koagulation und Agglomeration sowie der α −γ ′ -Übergang wurden beobachtet. Die zeitliche Entwicklung von Plasmaeigenschaften wie Plasmaimpedanz oder absorbierte Leistung bei Partikelwachstum wird diskutiert. P 10.29 Di 17:45 Foyer Diagnostik eines kombinierten HF-Plasmas und DC- Magnetron-Plasmas zur Beschichtung von mikrodispersen Pulvern — •Gabriele Thieme 1 , Maria Tatanova 2 , Mario Hannemann 2 , Holger Kersten 2 und Rainer Hippler 1 — 1 Institut für Physik, E.-M.-Arndt-Universität, Domstr. 10a, D-17489 Greifswald — 2 INP Greifswald, F.-L.-Jahn-Str. 19, D-17489 Greifswald Siliziumoxidteilchen (∼18µm) wurden in der Randschicht einer Argon-HF-Entladung (5...21Pa, 5W) aufgeladen, eingefangen und vereinzelt. Eine zusätzliche DC-Magnetron-Entladung wurde verwendet, um dünne Metallschichten auf den Partikeln abzuscheiden. Unter dem Einfluß des Magnetronplasmas rotiert die in der Plasmarandschicht über der HF-Elektrode gefangene Teilchenwolke. Dieser Effekt wird dem Impulsübertrag durch Stöße von Plasma-Ionen, die durch ExB-Drift beschleunigt werden, mit den Mikro-Teilchen zugeschrieben. Für ein besseres Verständnis dieses Effekts ist eine umfassende Charakterisierung der Wechselwirkung des HF-Plasmas mit dem DC- Magnetron-Plasma notwendig. Dazu wurden Messungen mit einer HFkompensierten Langmuirsonde (SmartProbe, Scientific Systems) bei verschiedenen Entladungsbedingungen durchgeführt und die Elektronenenergieverteilungsfunktion (EEDF) sowie relevante Plasmaparameter wie Elektronendichte und Plasmapotential bestimmt. Wie im Verhalten der SiO2-Partikel, zeigen sich auch hier deutliche Veränderungen, sobald das Magnetron-Plasma zusätzlich zum HF-Plasma präsent ist.
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