plasmainstabiliteiten

Plasmainstabiliteiten zijn groeiende perturbaties in een plasma die vrije energie in het systeem uitbuiten, waardoor confinement en magnetische structuur kunnen verslechteren. Ze komen voor in verschillende plasmasystemen, waaronder kernfusinetoepassingen zoals tokamaks en stellarators, in lasergeproduceerde plasmas en in ruimte- en astroplasmas. Het begrip omvat zowel macroscopic magnetohydrodynamische (MHD) instabiliteiten als kleine-scale microinstabiliteiten.

De belangrijkste categorieën zijn MHD-instabiliteiten, zoals kink- en interchangeballoningen die de magnetische configuratie kunnen verstoren, en tearing- of resistieve instabiliteiten die magnetische recontructie veroorzaken. Daarnaast bestaan er microinstabiliteiten die voortkomen uit gradienten in temperatuur en dichtheid, zoals ion-temperature-gradient (ITG), trapped electron mode (TEM) en electron-temperature-gradient (ETG) instabiliteiten. Ook current-driven instabiliteiten en verschijnselen als Kelvin-Helmholtz-achtige ongewnkingen spelen een rol in sommige plasmasystemen.

Oorzaken zijn doorgaans vrije energiebronnen zoals druk- en temperatuurgradiënten, energierijke dichtheidsgradiënten, afwijkingen in de magnetische shear en stroomdichtheid. Deze factoren kunnen lineair groeien en uiteindelijk nonlinear satureren, wat leidt tot verhoogde transport, turbulentie of zelfs verstoringen en magnetische recontructie.

Diagnostiek en modellering maken gebruik van lineaire stabiliteitsanalyses en dispersieverhoudingen voor theoretische voorspellingen, en van meetinstrumenten zoals magnetische probes, interferometrie, Thomson-spectroscopie en röntgendiagnostiek in experimenten. Beheersingsstrategieën omvatten optimalisatie van het q-profiel en magnetische vormgeving, externe magnetische perturbaties en actieve feedbacksturing, evenals controle van bedrijfsstroom en temperatuur-/dichtheidsprofielen om stabiliteitsmarges te vergroten.