Preemptive NTM suppression with JANET++ and ECCD at ASDEX Upgrade

Abstract

In Tokamak Fusionsreaktoren ist das Plasma von einem Magnetfeld eingeschlossen. Dieses Feld wird durch externe Spulen sowie einem elektrischen Strom im Plasma erzeugt. Die Positionierung des Plasmas im Reaktorgefäß ist durch dieses Feld bestimmt, das sogenannte magnetische Gleichgewicht. Für einen stabilen Betrieb und Steuerung ist es notwendig, das magnetische Gleichgewicht in Echtzeit zu bestimmen. Zusätzlich kann ein genaues Echtzeitgleichgewicht Aufschluss über die Orte geben an denen sich sogenannte Neoklassische Tearing Moden bilden können. Diese limitieren die Leistung von Fusionsreaktoren und können durch präzisen Elektronzyklotronstromtrieb stabil- isiert werden.In dieser Diplomarbeit präsentiere ich eine neuartige Umsetzung des Echtzeitgleichge- wichtsberechnungsalgorithmus JANET in der Programmiersprache C++, JANET++. Verschiedene Sätze Basisfunktionen für die Rekonstruktion des Plasmastromdichtepro- fils werden untersucht. Die Geschwindigkeit des Codes bei Benutzung verschiedener Compiler und Linear Algebra Algorithmen wird untersucht um die Zykluszeit zu opti- mieren.Die Ergebnisse werden durch den Vergleich mit der vorhergehenden Version in der Programmiersprache LabVIEW und anderen Gleichgewichtcodes, die am ASDEX Up- grade Fusionsexperiment benutzt werden, validiert. Die Genauigkeit der Berechnung des Entstehungsortes von Neoklassischen Tearing Moden wird überprüft. Es wird fest- gestellt, dass für eine ausreichend genaue Berechnung weitere Randbedingunen benötigt werden.In feed-forward Experimenten wird die proaktive Unterdrückung von Neoklassischen Tearing Moden durch Elektronzyklotronstromtrieb getestet. Der Einfluss des Ortes sowie der Richtung des Stromtriebs auf den Beginn der Mode wird untersucht.

In a tokamak fusion reactor the plasma is confined in a magnetic field. This field is created by external coils as well as an electric current in the plasma itself. The position of the plasma in the reactor is determined by this magnetic field, the so-called magnetic equilibrium. For stable operation and control it is vital to reconstruct the equilibrium in real-time. Additionally, an accurate real-time equilibrium can be used to determine the location where so called neoclassical tearing modes can appear. These modes limit the performance of a reactor and can be stabilized by accurate deposition of electron cyclotron current drive.In this master thesis I will present a novel implementation of the real-time magnetic equi- librium reconstruction algorithm JANET in the programming language C++, JANET++. Different basis functions for the plasma current density profile modelling are investi- gated. The performance of different compilers and linear algebra codes is evaluated to optimize the cycle time.The results of the code are validated by comparing with the previous implementation of the JANET code in the programming language LabVIEW as well as other equilibrium reconstruction codes in use at the ASDEX Upgrade fusion research reactor. The ac- curacy of the neoclassical tearing mode location calculation is checked. It is concluded that additional constraints are needed to reach sufficient accuracy.In feed forward experiments preemptive neoclassical tearing mode suppression by elec- tron cyclotron current drive is tested. The influence of the deposition location and direction on the mode onset behaviour is investigated.