Titelaufnahme

Titel
Cross section database for neutral sodium beam plasma edge diagnostics / Katharina Igenbergs
VerfasserIgenbergs, Katharina
Begutachter / BegutachterinAumayr, Friedrich
Erschienen2007
Umfang149 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2007
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Fusion / Plasma / Randschicht / Natrium / Wirkungsquerschnitt / Datenbank / Diagnostik / Simulation
Schlagwörter (EN)Fusion / Plasma / Edge / Sodium / Cross Section / Database / Diagnostics / Simulation
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-15144 Persistent Identifier (URN)
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Cross section database for neutral sodium beam plasma edge diagnostics [2.28 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In den letzten Jahren gab es in der Kernfusionsforschung große, vielversprechende Fortschritte, die den Weg für einen Kernfusionsreaktor weiter bereiten. Die genaue Kenntnis der Plasmarandschicht ist unabdingbar für weitere erfolgreiche Forschung und Entwicklung. Zum Messen der Elektronendichte in dieser Schicht kann unter anderem die ''aktive Neutralteilchenstrahl Methode'' verwendet werden. Hierbei wird ein Strahl aus neutralen Atomen in das Plasma eingeschossen, die Intensität bestimmter Emissionslinien spektroskopisch bestimmt und schliesslich die Elektronendichte rekursiv berechnet. In der Vergangenheit wurden vielversprechende Experimente und Simulationen auf diesem Gebiet gemacht und damit die experimentelle Durchführbarkeit der Methode sehr zufriedenstellend nachgewiesen. Sowohl neutrale Lithium- als auch Heliumstrahlen wurden ausführlich untersucht. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich nun mit einer weiteren Entwicklung dieser Messmethode: die Verwendung von neutralen Natriumatomen als Strahlatome.

Es wurde eine umfassende Datenbank mit Wirkungsquerschnitten erstellt.

Die interessanten und berücksichtigten Prozesse sind Elektron-induzierte Anregung und Ionisation sowie Proton-induzierte Anregung und der Proton-induzierte Verlust eines Elektrons. Es werden convergent-close coupling Rechnungen von I. Bray für Elektron-induzierte Prozesse sowie atomic-orbital Rechnungen von J. Schweinzer für Proton-induzierte Prozesse vorgestellt.

Die vorgestellte Datenbank ist aber nicht nur eine einfache Sammlung von veröffentlichten Daten experimenteller oder theoretischer Natur. Sie beinhaltet auch ausgefeilte Fits der Wirkungsquerschnitte. Es wurde einige schon früher verwendete Regressionsformeln angepasst und verwendet. Mit Hilfe dieser Formel entstanden durch die Levenberg-Marquardt-Methode, die in die Open Source Software gnuplot 4.0 implementiert ist, hervorragende Fits für alle in Frage kommenden Übergänge.

Die entwicklten Fit Formeln und die daraus resultierenden Fit Parameter sind dafür gedacht in ein Simulationssoftware-Paket für Natriumstrahl-Diagnostik eingebaut zu werden. Abschliessend werden einige gut etablierte Skalierungsvorschriften angegeben. Diese werden dazu verwendet Stösse mit Verunreinigungsionen in den Simulationscode mit einzubauen.

Zusammenfassung (Englisch)

In recent years, the developments in fusion plasma physics have been very promising and gradually paving the way for a nuclear fusion power plant. The detailed knowledge of the plasma edge region is critical for further engineering and scientific developments. In this plasma edge region, the electron density can be measured very precisely by injecting a beam of neutral atoms into the plasma, detecting the intensities of certain emission lines spectroscopically, and recursively calculating the plasma density profile. In the past, there have been promising experiments to test the feasibility of active neutral beam diagnostics. The use of diagnostic Li and He beams has been studied extensively. Developing this technique further, the focus is now put on the use of neutral sodium atoms in active neutral beam diagnostics.

An extensive cross section database has been constructed. The collision processes of interest that were included in the database are electron-impact target excitation, electron-impact target ionization, proton-impact target excitation, and proton-impact target electron loss.

Elaborated cross section calculations are presented: convergent close-coupling calculations by I. Bray for electron-impact processes and atomic-orbital calculations by J. Schweinzer for proton-impact processes.

The introduced database is not only a simple collection of published experimental and theoretical data, but it also consists of elaborate fits of the cross section data. A previously used set of fit formulae has been modified and adapted. These formulae and the use of the Levenberg-Marquardt-method for non-linear fits, implemented in the open source plotting software gnuplot 4.0, produced excellent fits for all processes in question. The fit formulae and parameters are meant to be implemented in a simulation software package for neutral sodium beam diagnostics.

Finally, certain well established scaling relations are presented that will be used to implement collisions of sodium atoms with impurity ions in the simulation code.