Columbia Non-Neutral Torus

Der Columbia Non-neutral Torus (CNT) ist ein kleiner Stellarator am Labor für Plasmaphysik der Columbia University.

Er wurde von Thomas Sunn Pedersen, Wayne Reiersen und Fred Dahlgren vom Princeton Plasma Physics Laboratory entwickelt, um geladene Plasmen, eingeschlossen zwischen magnetischen Flächen, zu untersuchen. Das Experiment lief im November 2004 an und wird von der National Science Foundation und dem United States Department of Energy unter anderem mittels eines „Faculty Early Career Development (CAREER)“-Preises über 800.000 US-Dollar, der an Pedersen verliehen wurde, finanziert.[1]

Zur wissenschaftlichen Leitung gehört auch Allen Boozer.

Technische Daten

Der CNT befindet sich innerhalb einer zylindrischen Vakuumkammer aus Edelstahl und hat etwa 1,5 m Durchmesser und 1,9 m Höhe. Die Vakuumkammer erreicht ein Ultrahochvakuum, das einem Druck von etwa 1,3·10−8 Pa entspricht. Der CNT nutzt lediglich vier Magnetspulen, zwei parallele Spulen außerhalb und zwei poloidal-Feldspulen innerhalb der Stahlkammer. Sie werden mit bis zu 200 kW elektrischer Leistung versorgt und erzeugen Magnetfelder im Bereich von 0,01 bis 0,2 T. Der Aufbau hat ein Aspektverhältnis von kleiner 1,9.[2][3]

Parameter Wert
Teilchendichte ne 1012-1014 m−3
Teilchenenergie Te 1–100 eV
Magnetfeld B 0,01–0,2 T
Druck P 1,3·10−8 Pa

Forschung

Die Forschungen am CNT dienen der experimentellen Untersuchung an geladenen Plasmen: Deren Gleichgewicht Transportphänomene, Eindämmung und Ionen-bedingte Instabilitäten.

Die ersten Untersuchungen zeigten, dass magnetische Flächen mit dem einfachen Vier-Spulen-Aufbau erzeugt werden können. Bei ausreichend geringem Druck und hohen Magnetfeld lässt sich ein im Wesentlichen reines Elektronenplasma für bis zu 20 Millisekunden stabil festhalten. Der Transport wird durch Stöße mit neutralen Teilchen angetrieben. Außerdem gibt es einen Drift (Kraft auf elektrische Ladung in Magnetfeld) entlang isolierender Stäbe, die in das Plasma eingeführt werden. Bei einem Druck über 10−5 Pa wurde eine Instabilität mit einer Frequenz im Bereich von 10 bis 50 kHz und einer poloidalen (in Feldrichtung) Modenzahl m=1 beobachtet.

Einzelnachweise
  1. Alex Lyda: Columbia's Stellarator Project Gets Jolt from National Science Foundation. In: columbia.edu. 29. Juli 2005, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 17. Dezember 2011; (englisch).
  2. T. S. Pedersen, N. Ahmad et al.: Experimental demonstration of a compact stellarator magnetic trap using four circular coils. In: Physics of Plasmas. Band 13, 2006, S. 012502, doi:10.1063/1.2149313 (columbia.edu [PDF; 838 kB]).
  3. T. S. Pedersen, N. Pomphrey, X. Sarasola et al.: Construction and Initial Operation of the Colombia Nonneutral Torus. In: Fusion Science and Technology. Band 50, Nr. 3, 2006, S. 372–381, doi:10.13182/FST06-A1258 (columbia.edu [PDF; 489 kB]).
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