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Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wird das Prinzip der phasenempfindlichen Mikrowellenreflektometrie auf den äußersten, hochfluktuierenden Plasmarand ausgedehnt. Es wird eingehend analysiert, wie Elektronendichtefluktuationen die Elektronendichteprofilmessung durch Modulation von Intensität und Phase der reflektierten Welle stören können. Mit der Erhöhung der Frequenz der Interferenzstreifen auf Werte zwischen 800 kHz und 2,4 MHz wurde ein Weg aufgezeigt, auch im Plasmabereich mit sehr hohem Fluktuationsniveau zuverlässige Messungen durchzuführen. Eine Profilmessung im sehr dünnen Außenbereich ist nur bei der Verwendung der ausserordentlichen Welle (X-Mode) möglich, da die cut-off Frequenz dieser Mode im Gegensatz zur O-Mode bei n -> 0 einem endlichen Wert (f_ce) zustrebt. Ausgehend von dieser Eigenschaft wird ein Verfahren entwickelt, die gemessenen Elektronendichteprofile an der ersten Reflexion, die unmittelbar vor den Mikrowellenantennen auftritt, zu eichen. Hierdurch kann das Elektronendichteprofil zum ersten Mal mit Reflektometrie absolut, ohne Normierung auf andere Meßmethoden, bzw. ohne weitere Annahmen über den äußersten Teil des Elektronendichteprofils mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Durch Labormessungen und Modellrechnungen konnte gezeigt werden, dass eine störungsfreie Phasenmessung, die Grundlage des Verfahrens, auch im unmittelbaren Nahfeld von sehr kleinen Mikrowellenantennen möglich ist. Die Verwendung von kleinen Hornantennen erlaubt eine Messung durch einen nur wenige Quadratzentimeter großen Diagnostikschlitz in der ICRH-Schleifenantenne. Zur Rückrechnung des Elektronendichteprofils aus der Phasenmessung wurde ein neuer, schnell konvergenter und numerisch stabiler Algorithmus entwickelt. Diese Einzelbeiträge zusammen lieferten die Grundlage für einen routinemäßigen Einsatz der Reflektometrie zur Elektronendichteprofilmessung im äußersten Rand eines Fusionsplasmas. In Anwendung auf Lower Hybrid geheizte Plasmen an ASDEX ist es gelungen, durch die Messung der Elektronendichte in der Ebene der LH-Antenne (Grill), wesentliche Aspekte der Kopplungstheorie der LH-Wellen zu bestätigen. Dabei konnte mit Hilfe der X-Mode-Reflektometrie gezeigt werden, dass leistungsstarke LH-Wellen die für ihre Ausbreitung erforderliche Randplasmadichte unter bestimmten Bedingungen selbst erzeugen und so einen großen Grill-Separatrix-Abstand überbrücken können. Ferner konnte auch die theoretisch vermutete Oben-Unten-Asymmetrie der Elektronendichteverteilung unmittelbar vor der LH-Antenne durch Reflektometrie bestätigt werden. Die aus den Reflektometriemessungen folgende Zunahme der Turbulenz in der Nähe des LH-Koppelgrills mit steigender Plasmadichte lieferte schließlich eine wichtige Basis für das theoretische Verständnis der LH-Wellenkopplung.

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zuletzt geändert  28.05.2001