Siirry päänavigointiin Siirry hakuun Siirry pääsisältöön

Global Gyrokinetic Particle Simulations of Circular Limiter Tokamak Plasmas

Julkaisun otsikon käännös: Global Gyrokinetic Particle Simulations of Circular Limiter Tokamak Plasmas
  • Tuomas Korpilo

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Fuusioplasman magneettiseen koossapitoon perustuvissa reaktoreissa, kuten tokamakeissa, plasman tehokas koossapito on välttämätöntä fuusioenergian tuottamiseksi. Plasmaturbulenssi ja sen aiheuttama hiukkasten ja lämmön kulkeutuminen ulos plasmasta kuitenkin heikentävät koossapitoa, mikä rajoittaa reaktoreiden suorituskykyä. Turbulenssin ymmärtäminen ja hillitseminen ovat täten tärkeitä tekijöitä reaktoreidentaloudellisuuden kannalta. Tokamak-plasmojen turbulenssia tutkitaan sekä kokeellisesti että laskennallisesti. Laskennallisen mallinnuksen tavoitteena on selvittää turbulentin kuljetuksen taustalla olevia fysikaalisia mekanismeja sekä ennustaa plasman koossapitoa tulevaisuuden reaktoreille. Tämä mallinnustyö perustuu nykyisin yhä enenevässä määrin tietokoneohjelmiin, jotka ratkaisevat gyrokineettiset Fokker-Planckin–Maxwellin yhtälöt plasman sisällä. ELMFIRE-koodi on yksi näistä gyrokineettisistä tietokoneohjelmista. Tässä väitöstyössä kuvataan ELMFIRE:n viimeaikaista kehitystyötä koodin numeerisen ja fysikaalisen tarkkuuden parantamiseksi. Ohjelman numeerista tarkkuutta on parannettu uudella kentänsuuntaisen epälineaarisuuden integrointimetodilla, joka vaikuttaa ratkaisevasti energian säilymiseen simulaatioissa. Fysikaalista tarkkuutta on puolestaan lisätty uudella laskentahilalla, joka mahdollistaa epähomogeenisen resoluution käytön simulointialueella. Simulointialue on lisäksi ulotettu kattamaan koko tokamak-plasman tilavuus plasman keskipisteestä aina seinän ja poloidaalisten rajoittimien muodostamalle materiaalirajapinnalle asti. ELMFIRE-simulaatioiden fysikaalista tarkkuutta tutkitaan testaamalla koodin kykyä toistaa plasman tasapainotila FT-2-tokamakille. Vertailu simulaatiotulosten ja FT-2-datan välillä osoittaa, että kokeellista tasapainoa ei saavuteta laskennallisesti. Tämän lisäksi ELMFIRE:n kykyä mallintaa kuorintakerrosplasmoja tutkitaan rajoitinkonfiguraatiossa. Saadut tulokset osoittavat kalvopotentiaalin ja plasmavirtausten muodostumisen sekä tiheys- ja lämpötilaprofiilien muutoksen reunaplasmassa. Kuorintakerroksessa havaitaan myös numeerinen plasmahäiriö, joka aiheutuu voimakkaasta E x B-virtauksesta rajoittimien ja plasman rajapinnalla. Lopuksi laskentahilalla ja reunaehdoilla näytetään olevan merkittävä vaikutus plasman kuljetustasoon.
Julkaisun otsikon käännösGlobal Gyrokinetic Particle Simulations of Circular Limiter Tokamak Plasmas
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Ohjaaja
  • Groth, Mathias, Vastuuprofessori
  • Kiviniemi, Timo, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7561-7
Sähköinen ISBN978-952-60-7560-0
TilaJulkaistu - 2017
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

YK:n kestävän kehityksen tavoitteet

Tämä tuotos edistää seuraavia kestävän kehityksen tavoitteita:

  1. SDG 7 – Edullinen ja puhdas energia
    SDG 7 – Edullinen ja puhdas energia

Tutkimusalat

  • ydinfuusio
  • tietokonesimulaatio
  • turbulentti plasman kuljetus

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Global Gyrokinetic Particle Simulations of Circular Limiter Tokamak Plasmas'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä