Separatrix Operational Space (SepOS)

Der Operationsbereich eines Tokamaks ist nicht besonders frei und durch verschiedene Phänomene begrenzt. Der für die Fusion notwendige hohe Einschluss kann mutmaßlich nur in der H-mode gewährleistet werden. So ist der L-H Übergang von zentraler Bedeutung für den Operationsbereich. Zu hohen Dichten ist der Operationsbereich durch das Greenwald Dichtelimit begrenzt. In der H-mode sind die maximale erreichbaren Drücke durch das MHD Ballooninglimit begrenzt. Alle diese Grenzen hängen mit den Transporteigenschaften der zugrundliegenden Turbulenz ab. 
Das Seperatrix Operational Space (SepOS) Konzept ist ein semi-empirisches Model und beschreibt den Operationsbereich eines Tokamaks. Es ist empirisch, da es auf Skalierungsgesetze der Gradientenabfalllängen an der Separatrix angewiesen ist. Es hat aber eine starke theoretische Basis. Man kann dies mit dem Tröpfchenmodel der Kernphysik vergleichen. 

Im SepOS ist die Turbulenzunterdrückung von der L-mode zur H-mode ist eine Kombination von drei Effekten. Die diamagnetische Stabilisierung, die Scherströmung und die elektromagnetische Stabilisierung. Die Scherströmung entzieht der Turbulenz Energie über den Reynolds Stress. Wirbel werden von der Scherströmung getiltet. Die Ausrichtung der Wirbel verstärkt die Scherströmung. die Wirbel werden ausgedünnt und absorbiert. Dazu kommt die diamagnetische Stabilisierung. Der Transport wird hauptsächlich von Austauschmoden verursacht. Driftwellen können die Ladungstrennung der Austauschmoden abbauen und diese so reduzieren. Die Elektromagentische Stabilisierung ist keine Unterdrückung im eigentlichen Sinne. Da die Heizleistung in der H-mode höher ist als in der L-mode ist der Transport in der H-mode auch höher als in der L-mode. Turbulenz wird nicht unterdrückt. In der H-mode ist die Turbulenz nur im Verhältniss zur Heizleistung niedriger. Die Turbulenz am Rand in der H-mode ist elektromagnetisch. Mit steigendem Plasmabeta wird der Bereich elektromagentischer Turbulenz im Wellenzahlraum größer und der elektrostatischer kleiner. Dieser Effekt wird zusätzlich behandelt.     

 

T.Eich, P.Manz 'The separatrix operational space of ASDEX Upgrade due to interchange-drift-Alfvén turbulence', Nuclear Fusion 61, 086017 (2021)

P. Manz, T. Eich, O. Grover 'The power dependence of the maximum achievable H-mode and (disruptive) L-mode separatrix density in ASDEX Upgrade', Nuclear Fusion 63 076026 (2023)

O. Grover, T. Eich, P. Manz et al. 'Reduced model for H-mode sustainment in unfavorable ∇B drift configuration in ASDEX Upgrade', Nuclear Fusion 64, 056020 (2024)