Experimente zur Aufheizung eines Deuteriumplasmas mit Hilfe einer schnellen magnetischen Kompression

Die vorliegende Arbeit beschreibt Experimente zur Erzeugung eines Deuteriumplasmas großer Dichte und hoher Temperatur. Die Aufheizung des Deuteriums erfolgt im wesentlichen dadurch, daß ein zylindrisches Plasma relativ geringer Tempero,tur ( 10 000 °K) durch ein sehr schnell ansteigendes axiales Magnetfeld zur Achse hin beschleunigt und komprimiert wird. Die Experimente schließen an vorhergehende Arbeiten im Institut für Plasmaphysik, Jülich, ( 4), (9), (31), (34), (35), (38), (39) und in anderen Laboratorien (2), (3), (5), (6), (11) an. Das Ziel der hier beschriebenen Versuche bestand darin, ein experimentelles Verfahren zu entwickeln, das es gestattet, die Anfangsbedingungen fUr die magnetische Kompression, vor allem die Größe und die Richtung des im Plasma eingeschlossenen Magnetfeldes sowie den Verunreinigungsgrad des Plasmas wählbar vorzugeben. Insbesondere sollte der Fall kleiner eingeschlossener Magnetfelder und geringen Verunreinigungsgradesverwirklicht werden. Es erwies sich fUr die Durchflihrung dieses Programms als zweck1näßig, den gesamten Aufheizvorgang in drei Phasen zu unterteilen: 1. Vorionisation des Deuteriumgases, d.h. Erzeugung eines Ionisationsgrades $\ll$ 1 %. 2. Vorheizung des Gases, d.h. die Elektronentemperatur wird so erhöht, daß das Gas nahezu vollionisiert und gut leitend ist. 3. Aufheizung des Plasmas durch schnelle Kompression mit Hilfe eines rasch ansteigenden Magnetfeldes. Für die verschiedenen Phasen ist jeweils ein besonderer Stromerzeuger bestimmt, dessen Impedanz der ihm zugeordneten Aufgabe angepaßt werden kann. Die verschiedenen Generatoren werden nacheinander nach einem vorgewiüll ten Zeitplan auf die magnetfelderzeugende Spule geschaltet, wobei die Einschaltzeiten mit einer Genauigkeit von 5 $\cdot$ 10$^{-8}$ sec festgelegt werden können. Auf diese Weise konnte beispielsweise ein Plasma mit einer Temperatur von etwa 1 MillionGrad und einer Teilchendichte von 10$^{17}$ cm$^{-3}$ erzeugt werden. Im Gegensatz zu den bisher durchgeführten Experimenten ist das gesamte zeitliche Verhalten des Plasmas gut reproduzierbar. Die Energiedichte des Plasmas ist ungefähr gleich der Energiedichte des komprimierenden Feldes ($\beta$=$\frac{nkT}{B{^2_a}/2\mu_o}$$\approx$1) und der Verunreinigungsgrad ist so gering, daß die Strahlung der Verunreinigungen bei der Interpretation der Meßergebnisse mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht in Betracht gezogen werden muß