Diffusive Heat Transport Profiles from Integrated Data Analysis at ASDEX Upgrade
Year: 2025
Type: article
Abstract: Zuverlässige Abschätzungen des Wärmetransports sind entscheidend für die Auswertung von Tokamak-Experimenten und die Szenario Entwicklung, da ein effektiver Wärmeeinschluss notwendig ist, um einen Nettoenergiegewinn zu erzielen. In magnetisch eingeschlossenen Plasmen dominiert turbulenter Transport die Energieverluste, dessen komplexe Natur sich jedoch nicht analytisch beschreiben lässt. Obwohl es fortgeschrittene numerische Codes für detaillierte Turbulenzmodellierung gibt, sind diese rechenintensiv und eignen sich daher nicht für die Analyse vieler experimenteller Plasmaentladungen. Diese Arbeit verfolgt einen alternativen Ansatz, der ausschließlich experimentelle Daten nutzt, um ein diffuses Transportkoeffizienten-Modell zu speisen, das aus dem Transport code ASTRA adaptiert wurde. Der Wärmetransportwird durch Aufstellen einer Leistungsbilanz für Elektronen und Ionenanalysiert, in der sämtliche relevanten Leistungsquellen und -senken, wie Heizsysteme und Strahlungsverluste, berücksichtigt werden, um die zugehörigen Diffusionskoeffizienten χ zu bestimmen. Konkret werden Implementierung, Validierung und Analyse der Berechnung der Elektronen- und Ionen-Wärmediffusivitäten im bayesschen integrierte daten analyse system (IDA/IDE) am ASDEX Upgrade Tokamak vorgestellt. Ein zentraler Beitrag ist eine robuste Rekonstruktion des Strahlungsleistungsprofils: Anstatt sich auf spärliche Verunreinigungskonzentrationen (W,C) und feste Strahlungsfunktionen zu stützen, wird ein Gaussian-Process-Tomographie (GPT)-Code auf Basis von Bolometerdaten nach Fortran90 portiert und in IDE integriert. Die Implementierung führt eine X-Punkt-sensitive Maskierung ein, die Divertor-Pixel ausschließt, während die Emission des eingeschlossenen Plasmas erhalten bleibt, und führt eine radiale Integration in ρtor mit spline basierter Volumennormierung durch. Das GPT-basierte Prad stimmt mit manuellen Tomographien überein und korrigiert den unphysikalischen Randabfall des Legacy-Modells, wodurch χe im Bereich des Pedestals verbessert wird. Eine Monte-Carlo-Sensitivitätsstudie quantifiziert Unsicherheitshüllen in Abhängigkeit vom Radius: Temperaturgradienten dominieren (Te für χe, Ti für χi), mit den größten relativen Unsicherheiten im Kern und am Rand sowie kleineren, verlässlicheren Werten für 0.2 ≤ ρtor ≤ 0.8. Analysen mit hoher zeitlicher Auflösung zeigen interpretierbare χ-Dynamik während ELMZyklen, sofern die Diagnostik-Kadenz dies zulässt; der Einfluss der zeitlichen Auflösung und der Behandlung von dWdt wird charakterisiert, und Mittelungenüber dasselbe Zeitfenster versöhnen Profile, die mit unterschiedlichen Kadenzen gewonnen wurden. Insgesamt liefert die Arbeit einen validierten, leicht nutzbaren Pfad zu Transportkoeffizienten direkt aus IDE sowie praktische Hinweise zu Verlässlichkeit und Grenzen.
Source: reposiTUm (TU Wien)
Author: Wendlinger, Raffael
Institution: TU Wien
Language: English
Subfield: Nuclear and High Energy Physics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7094951735
FWCI:
Cites:
Cited by:
Related to: