Studium iontové a elektronové teploty v okrajové oblasti plazmatu na zařízení typu tokamak

Bc. Dario Cipciar

Master's thesis

Ion and electron temperature study in the edge plasma of the tokamak device

Abstract:

V této diplomové práci se věnujeme systematickému meření iontové a elektronové teploty ve okrajovém plazmatu dvou tokamakových zařízení. Výsledky jsou získány pomocí rychle rozmítané ball-pen sondy s vysokým časovým rozlišením (10 mikrosekund). Je představena vylepšená analytická technika, která je nadstavbou dříve provedeného výzkumu. Výsledky s vysokým časovým rozlišením poukazují na ne-Gaussovské rozdělení teploty iontů s maximem při nízkých teplotách a ocasem do vysokých teplot způsobeným bloby. Bloby se vytváří v okolí separatrix a šíří se okrajovým plazmatem anomálním kolmým transportem. Rychlé meření (10 mikrosekund) se pak používají k simulaci $I$-$V$ charakteristiky pomalého (3 ms) retarding filed analyzátoru (RFA). Pomocí lineárního fitu RFA-like $I$-$V$ charakteristiky s okrajovými podmínkami citlivými na fluktuace získáváme téměř ploché radiální profily iontové teploty. Radiání profily iontové a elektronové teploty jsou studovány pro různé hustoty plazmatu, čímž se získají poměry 1-2 v blízkosti separatrix a 3-4 v hlavním SOL, v závislosti na hustotě plazmatu.

Abstract:

This thesis reports on a systematic ion and electron temperature measurements in the scrape-off layer (SOL) of two tokamak devices. Results are obtained using a fast swept ball-pen probe with unprecedented temporal resolution (10 microseconds). Moreover, an improved analysis technique is presented which increases the amount of relevant data obtained in comparison to previously published research. The results with high temporal resolution indicate non-Gaussian ion temperature histograms with a peak at low temperatures and a high temperature tail associated with blobs. The blobs are originating in the vicinity of last closed flux surface and propagate perpendicularly to the magnetic field lines through the SOL plasma. The resulting fast measurements are used to simulate the $I$-$V$ characteristic of a slow swept (3 ms) retarding field analyzer (RFA). The exponential part of the RFA-like $I$-$V$ characteristic also determines the ion temperature, but with low temporal resolution (3 ms). The ratios of the ion to electron temperatures are studied for different plasma densities. We observed that the ratio depends on the line-average plasma density and it is close to 1-2 in the vicinity of LCFS and 3-4 in the main SOL. A study of the ion temperature fluctuations shows an agreement with a stochastic model for intermittent turbulence in SOL.

Keywords

tokamak COMPASS, iontová teplota, radiální profil, elektronová teplota, ball-pen sonda, Langmuirova sonda, SOL, RFA, pomer iónovej a elektrónovej teploty, L-mód, ion temperature, radial profile, electron temperature, ball-pen probe, Langmuir probe, ion to electron temperature ratio, L-mode

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 29. 6. 2021
• Supervisor: prof. RNDr. David Trunec, CSc.
• Reader: Mgr. Jan Horáček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Plasma physics and nanotechnology