The Dynamics of Electrons in Linear Plasma Devices and Its Impact on Plasma Surface Interaction

آشفتگی در برهمکنش سطح پلاسما دارای عدم قطعیت های مهمی برای تأثیر آن بر فرسایش مواد در عملکرد راکتورهای همجوشی است. در این پایان نامه، طراحی، توسعه و بهره برداری از تشخیص پراکندگی تامسون و اجرای جدید آن با تصویربرداری سریع بصری، ابزاری همه کاره برای بررسی نوسانات پلاسما به صورت متناوب ایجاد کرد. به طور خاص، رویدادهای حمل و نقل بالستیک در لبه پلاسما، که حمل و نقل آشفته را تشکیل می دهند، در این پایان نامه مورد هدف قرار گرفته اند. با کمک یک الگوریتم شمارش فوتون سفارشی، روش میانگین‌گیری شرطی برای اولین بار روی پراکندگی تامسون اعمال شد تا امکان اندازه‌گیری‌های مکانی و شبه زمان را فراهم کند. دستگاه‌ها، توسعه تشخیصی و نتایج حاصل از دستگاه پلاسمای خطی PSI-2 برای اجرای تکنیک‌های مشابه در آزمایش‌های همجوشی بزرگتر مفید هستند. علاوه بر این، نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده افزایش قوی فرسایش با حمل و نقل آشفته است و بنابراین بر اهمیت آزمایش‌های اختصاصی برای بررسی تلاطم پلاسما در چارچوب فرسایش در راکتورهای همجوشی آینده تأکید می‌کند.

Turbulence in plasma surface interaction holds crucial uncertainties for its impact on material erosion in the operation of fusion reactors. In this thesis, the design, development and operation of a Thomson scattering diagnostic and its novel implementation with fast visual imaging created a versatile tool to investigate intermittently occuring plasma oscillations. Specifically, ballistic transport events in the plasma edge, constituting turbulent transport, have been targeted in this thesis. With the help of a custom photon counting algorithm, the conditional averaging technique was applied on Thomson scattering for the first time to allow spatial and pseudo-time-resolved measurements.
Since plasma turbulence and the emerging transport phenomena are comparable in most magnetized devices, the diagnostic development and the results from the linear plasma device PSI-2 are useful for an implementation of similar techniques in larger fusion experiments. Furthermore, the obtained results indicate a strong enhancement of erosion with turbulent transport and thus underline the importance of dedicated experiments investigating plasma turbulence in the framework of erosion in future fusion reactors.