Modelling and understanding fast particle transport in non-axisymmetric tokamak plasmas

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

ITERin ja muiden edistyneiden fuusiokoelaitteiden kannalta on oleellista, että nopeiden hiukkasten koossapitoon vaikuttavat seikat ymmärretään. Nopeiden hiukkasten kulkeutumista tulee mallintaa laskennallisin keinoin, jotta tulevia fuusioreaktoreita voidaan suunnitella ja kehittää. Monte Carlo testihiukkas- ja radanseurantamenetelmä sopii hyvin tähän tarkoitukseen. Toisaalta ei ole suoraviivaista varmentaa mallin antamien tulosten oikeellisuutta, jotta voitaisiin poissulkea mahdollisuus koodin tai sen syötteen sisältämille virheille. Työssä esitellään suurteholaskentaan soveltuva radanseurantakoodi ASCOT5, jolla voidaan tutkia nopeiden hiukkasten kulkeutumista. Koodin toimivuus varmennetaan osoittamalla sen toistavan tunnetut analyyttiset tulokset. Tämän lisäksi työssä esitellään menetelmiä, joita voidaan käyttää radanseurantasimulaatioiden tueksi ja tulosten tulkitsemista varten. Näillä menetelmillä lisätään tulosten uskottavuutta sekä lyhennetään simulaatioaikaa. ASCOT5 on suunniteltu erityisesti nykyaikaista CPU-teknologiaa varten. Koodi on rinnakkaistettu usealla tasolla käyttäen MPI-rajapintaa, säikeitä, sekä SIMD-käskykantaa. ASCOT5 on edeltäjäänsä suorituskykyisempi, mutta mallinnetulta fysiikaltaan koodit ovat samankaltaiset. Poikkeuksena on mukautuvan törmäysoperaattorin toteutus. Työssä esitellään radanseurantalaskujen tueksi kehitettyjä menetelmiä ITERille tehdyissä mallinnuksissa. Esittelyssä näytetään miten häviökarttoja rakentamalla voidaan kytkeä nopeiden hiukkasten häviöt törmäyksettömiin kulkeutumisprosesseihin. Häviökarttoja voidaan myös rakentaa suoraan magneettikentän perusteella, jolloin niiden avulla voidaan arvioida häviöitä ilman radanseurantalaskuja. ASCOT5:sta sekä häviökarttoja käytetään työssä nopeiden ionien koossapidon selvittämiseksi, jolloin havaitaan plasman vasteen ELM-kelojen synnyttämään häiriöön aiheuttavan uudenlaisen häviökanavan. Tämä selittää aiemmin havaitun siirtymän diverttorikuormissa. Lisäksi työssä näytetään, että nopeiden ionien sekä karkurielektronien kulkeutumista häirityssä kentässä on mahdollista mallintaa advektio-diffuusio prosessina. Tämä tulos mahdollistaa kulkeutumiskertoimien käytön ratakeskiarvoistetuissa koodeissa sekä nopean tavan arvioida nopeiden ionien häviöitä.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8820-4
Sähköinen ISBN978-952-60-8821-1
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • radanseuranta, nopeat ionit, karkurielektronit

ID: 38797508