Abstract
The linear Monte Carlo computer code EIRENE for calculation of free molecular flow of neutral gases through a background plasma has been extended to the non-linear transition flow regime (Knudsen number 0.1-10). Motivation arose from higher gas densities in the range of 10{sup 13}-10{sup 15} cm{sup -3} appearing in the srape-off layer and in parts of the vacuum system of advanced tokamak experiments. To treat the problem, the Direct Monte Carlo Simulation Method after Bird, a kinetic approach, was chosen, since the conditions for application of continuum theory are not met. First results with the extended code were obtained in calculating the conductance of plasma-free short cylindrical ducts and elbows. A steady increase in conductance with decreasing Knudsen number was found, which is in good agreement with experimental data. Further calculations for transition flows through fixed background plasmas were made. In these, solutions obtained were represented as differences from solutions obtained by linear calculations. Simulation of a 1-D plasma slab configuration (related to the gaseous divertor concept) revealed markedly varying neutral gas profiles due to neutral-neutral collisions. In addition, in these runs neutral-neutral inelastic collision processes turned out to be negligible. Finally, neutral gas behaviour at higher densities in pump
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Behringer, T.
Influence of nonlinear effects on the neutral gas transport in tokamaks; Einfluss nichtlinearer Effekte auf den Neutralgastransport in Tokamaks.
Germany: N. p.,
1992.
Web.
Behringer, T.
Influence of nonlinear effects on the neutral gas transport in tokamaks; Einfluss nichtlinearer Effekte auf den Neutralgastransport in Tokamaks.
Germany.
Behringer, T.
1992.
"Influence of nonlinear effects on the neutral gas transport in tokamaks; Einfluss nichtlinearer Effekte auf den Neutralgastransport in Tokamaks."
Germany.
@misc{etde_10136275,
title = {Influence of nonlinear effects on the neutral gas transport in tokamaks; Einfluss nichtlinearer Effekte auf den Neutralgastransport in Tokamaks}
author = {Behringer, T}
abstractNote = {The linear Monte Carlo computer code EIRENE for calculation of free molecular flow of neutral gases through a background plasma has been extended to the non-linear transition flow regime (Knudsen number 0.1-10). Motivation arose from higher gas densities in the range of 10{sup 13}-10{sup 15} cm{sup -3} appearing in the srape-off layer and in parts of the vacuum system of advanced tokamak experiments. To treat the problem, the Direct Monte Carlo Simulation Method after Bird, a kinetic approach, was chosen, since the conditions for application of continuum theory are not met. First results with the extended code were obtained in calculating the conductance of plasma-free short cylindrical ducts and elbows. A steady increase in conductance with decreasing Knudsen number was found, which is in good agreement with experimental data. Further calculations for transition flows through fixed background plasmas were made. In these, solutions obtained were represented as differences from solutions obtained by linear calculations. Simulation of a 1-D plasma slab configuration (related to the gaseous divertor concept) revealed markedly varying neutral gas profiles due to neutral-neutral collisions. In addition, in these runs neutral-neutral inelastic collision processes turned out to be negligible. Finally, neutral gas behaviour at higher densities in pump limiter geometries was studied, related to experiments on the tokamak TEXTOR. An increase in conductance in the direction to the pumps of up to 25% relative to linear results was found. Recently obtained experimental data on the impact of non-linear neutral effects upon conductance could be confirmed. (orig.). [Deutsch] Der lineare Monte Carlo Code EIRENE zur Beschreibung des Neutralgasverhaltens in Plasmen und im Gebiet der freien Molekularstroemung wurde auf das nichtlineare Uebergangsgebiet (gekennzeichnet durch Knudsen-Zahlen Kn von 0.1 bis 10) erweitert. Motivation dafuer war, dass mit zunehmender Groesse fusionsorientierter Tokamakexperimente die Neutralgasdichten in der Plasma-Randschicht und in den Bauteilen des Vakuumsystems Werte von einigen 10{sup 13} cm{sup -3} bis 10{sup 15} cm{sup -3} erreichen und dabei einerseits der Bereich der freien Molekularstroemung verlassen wird, andererseits der Gueltigkeitsbereich der Kontinuumstheorie noch nicht erreicht ist. Deswegen muessen kinetische Berechnungsverfahren eingesetzt werden, wobei hier das Verfahren der `Monte Carlo Direkt-Simulation` nach Bird gewaehlt wurde. Das so erweiterte Programm wurde dann auf die Untersuchung wichtiger Fragestellungen in Fusionsexperimenten angewendet. Dabei stand die Bestimmung von Stroemungs-Leitwerten im Vordergrund. Bei den Stroemungen ohne Plasmahintergrund ergab sich fuer die untersuchten kurzen zylindrischen Rohre und Kruemmer ausnahmslos ein monotoner Anstieg der Leitwerte mit abnehmender Knudsen-Zahl. Vergleiche mit experimentell ermittelten Werten zeigten gute Uebereinstimmung. Die Untersuchung von Uebergangsstroemungen mit Plasmahintergrund beschraenkte sich auf die Angabe von Unterschieden zu den entsprechenden linearen Rechnungen, wobei der Plasmahintergrund in seinen Eigenschaften waehrend der Simulationen jeweils unveraendert blieb. Beim eindimensionalen Plasmaschicht-Modell mit Bezug zum Konzept des sog. `Gastarget-Divertors` ergaben sich massgebliche Aenderungen in den Dichteprofilen und in den Profilen fuer die mittleren Energien der Neutralteilchen. Es stellte sich ausserdem heraus, dass inelastische Neutral-Neutral-Prozesse hierbei vernachlaessigt werden koennen. (orig.).}
place = {Germany}
year = {1992}
month = {Jun}
}
title = {Influence of nonlinear effects on the neutral gas transport in tokamaks; Einfluss nichtlinearer Effekte auf den Neutralgastransport in Tokamaks}
author = {Behringer, T}
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