Experimental study of the zonal-flow dynamics in the magnetised plasmas of the stellarator experiment TJ-K

Die Einschlussqualitt von Plasmen in toroidalen Magnetfeldern wird mageblich durch den turbulenten Transport senkrecht zum Magnetfeld limitiert. Zonalstrmungen sind dabei fr die Fusionsforschung von groer Bedeutung, da vermutet wird, dass sie mit der Bildung von Transportbarrieren in Zusammenhang stehen. Diese mesoskopischen Scherstrmungen tragen auf Grund ihrer Symmetrie nicht zum turbulenten Transport bei und knnen durch Verscherung von Wirbeln den radialen Transport unterdrcken. Dabei werden Zonalstrmungen in einem Selbstorganisationsprozess von der umgebenden Plasmaturbulenz generiert indem Wirbel durch die Zonalstrmung verkippt werden, was die Scherstrmung weiter antreibt. Ein Ma fr die Verkippung ist der sogenannte Reynolds-Stress, wobei der radiale Gradient des Flussflchenmittels die Antriebskraft der Zonalstrmung darstellt. Die Dynamik gleicht dabei einer Ruber-Beute-Beziehung, bei der die Driftwellen die Beute fr die Zonalstrmungen sind. In Fusionsexperimenten konnte beim spontanen bergang in ein verbessertes Einschlussregime (H-Mode) ein verstrktes Auftreten von Zonalstrmungen mit den charakteristischen Ruber-Beute-Oszillationen nachgewiesen werden. Die Rolle und die genaue Wirkungsweise der Zonalstrmungen bei dieser Bifurkation des Plasmaeinschlusses sind jedoch ungeklrt. Ein tieferes Verstndnis der Physik der Zonalstrmungen, speziell in komplexen Magnetfeldgeometrien, ist daher wnschenswert.
Diese Arbeit beschftigt sich vorwiegend mit der Untersuchung des Antriebsmechanismus von Zonalstrmungen, im Speziellen mit der Abhngigkeit von der Magnetfeldgeometrie und dem Einfluss der Kollisionalitt. Dazu wurden Messungen am Stellarator-Experiment TJ-K durchgefhrt, in Plasmen, die dimensional hnlich zu Randplasmen von Fusionsexperimenten sind. Die relativ geringen Plasmatemperaturen erlauben den Einsatz von Langmuir-Sonden im gesamten Einschlussgebiet. Mit einem poloidalen Sonden Array, bestehend aus 128 Sonden mit je 32 Sonden au