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Abstract

Recycling of neutral particles plays an essential role for stationary confinement of the plasma column in a tokamak. With a simple nonlinear particle balance model we showed that under certain conditions the edge plasma density depends approximately quadratically on the central plasma density, in accord with experimental observation [3, 4].

This model is extended here to the case of a highly localized recycling zone (e.g. the limiter edge), and various limiting conditions to be imposed on the central plasma density are derived. These compare favourably with experimentally observed “critical” situations, such as the sharp drop of the power-density flux incident on the limiter edge in tokamak T-10 for central plama densities > 5 · 1019 m−3 [7]. It is concluded that

  • (i)
    the response of the plasma core to a spatially localized recycling zone may be an interesting effect that deserves further study,
  • (ii)
    ordinary limiters can be protected above a certain density threshold by the self-shielding action of the locally recycling plasma.

Stark lokalisiertes Recycling von Neutralteilchen am Limiter und dessen Einfluß auf den Betrieb eines Tokamak

Das Recycling von Neutralteilchen spielt eine wichtige Rolle bei der stationären Halterung des Plasmas in einem Tokamak. Im Rahmen eines einfachen nichtlinearen Modells der Teilchenbilanz haben wir gezeigt, daß unter bestimmten Bedingungen die Dichte des Randplasmas etwa quadratisch von der zentralen Plasmadichte abhängt, in Übereinstimmung mit experimentellen Beobachtungen [3,4]. Dieses Modell wird hier erweitert auf den Fall einer stark lokalisierten Recycling-Zone (z.B. die Limiterkante) und verschiedene sich daraus ergebende Grenzbedingungen für die zentrale Plasmadichte werden abgeleitet.

Der Vergleich mit experimentell beobachteten “kritischen” Situationen, wie dem scharfen Abfall der die Limiterkante belastenden Energieflußdichte am Tokamak T-10 für zentrale Plasmadichten > 5 · 1019 m−3 [7] ergibt gute Übereinstimmung. Die Schlußfolgerungen sind:

  • 1.
    Die Reaktion des Zentralplasmas auf eine räumlich lokalisierte Recycling-Zone könnte ein interessanter Effekt sein, der näher untersucht werden sollte.
  • 2.
    Gewöhnliche Limiter können oberhalb eines Dichteschwellwertes infolge des lokalen Recyclings vom heißen Plasma abgeschirmt werden.