Master-Themen in Mikrowellentechnologie

Unsere Gruppe erforscht Mikrowellentechnologie für Heizung und Diagnostik von Hochtemperaturplasmen der Fusionforschung und Prozessplasmen. Wir arbeiten mit den Fusionsexperimenten ASDEX Upgrade, Wendelstein 7-X und TJ-K zusammen. Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung von fortschrittlichen Mikrowellenkomponenten und die Simulation von Mikrowellen in Plasmen und Komponenten. Dafür wurden am Institut mehrere Simulationscodes entwickelt.

Entwicklung einer 20-kW-Kalorimetrielast für ein 28-GHz-Heizsystem

  • Ein neues 28-GHz-Gyrotron für den Stellarator TJ-K benötigt eine Hochleistungsabsorberlast für Tests und Konditionierung
  • Ein existierendes Design einer zylindrischen Last mit Teflonschlauch soll an die neue Frequenz angepasst werden
  • Design, Simulation, Prototyp, Niederleistungstests

Verbesserte Löser für den Fullwave-Code IPF-FD3D für Reflektometriesimulationen

  • Die 2D-Version des Finite Difference Time Domain FDTD-Verfahrens benutzt Differenzenquotienten mit Fehler 2. Ordnung auf kartesischem Gitter. Mögliche Verbesserungen sind
    • Hexagonales Gitter: FDTD-Verfahren für Vakuum existiert, es müssen Plasmaeffekte und absorbierende Randbedingungen implementiert werden
    • Ableitungen in Zeit und Raum in 4. Ordung auf kartesischem Gitter; die simultane Lösung von Maxwell- und Plasmagleichungen versuchen

Numerische Untersuchung der poloidalen Korrelations-Reflektometrie

  • Ein Mikrowellenstrahl wird ins Plasma gesendet und dort reflektiert, Sendeantenne umgeben von mehreren Empfangsantennen
  • Jede Empfangsantenne definiert andere Strahlgeometrie, misst andere poloidale Position
  • Korrelation der Signal von unterschiedlichen Positionen ergibt Messung der poloidalen Rotationsrichtung oder den Neigungswinkel der Feldlinien des Einschluss-Magnetfeldes
  • Turbulenz von Simulationen kann als realistische Dichtefluktuation genommen werden

3D-Simulation des Interferometers im ICRF-Launcher von ASDEX Upgrade

  • 3D-Plasmasimulation mit IPF-FD3D
  • Interferometerstrahl mit großem transversen Plasmadichte-Gradienten
  • Interferometer arbeitet nahe am Dichte-Cutoff
  • Optimierung der Sende- und Empfangsantennen

Untersuchungen für quasioptische Mitre-Bends

  • Mitre-Bends (Spiegelkrümmer) sind typische Komponenten für stark überdimensionierte Hohlleiter, denn sie sind kompakter als kontinuierliche Hohlleiterkrümmer.
  • Bei weniger stark überdimensionierten Hohlleitern treten Beugungseffekte auf, die mit quasoptischen Deisigns teilweise kompensiert werden können
  • Quasioptische Mitrebends könne mit dem PROFUSION-Code sehr gut berechnet werden
  • Die Arbeit besteht in Parameterstudien für verschiedene Verhältnisse von Wellenlänge und Hohlleiterdurchmesser sowie in der Untersuchung des Breitbandverhaltens.

Untersuchungen der Abbildungseigenschaften von Hohlleitern mit einem nichttrivialen Querschnitt

  • Rechteckhohlleiter haben abbildende Eigenschaften, die die Anwendung in "Remote Steering"-Antennen erlauben
  • Der Winkelbereich ist jedoch auf +/- 12° beschränkt
  • Durch die Wahl eines leicht deformierten Querschnitts kann die Dispersionsrelation der Moden beeinflusst werden und somit der Winkelbereich möglicherweise vergrößert werden.
  • Ein Code zur Ermittlung der Eigenmoden dieser deformierten Querschnitte ist bereits verfügbar und kann für Parameterstudien verwendet werden.
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