Modelling of JET and ITER reactor relevant plasma neutron source for neutronics calculation chain

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Reaktorikelpoisten fuusioplasmojen tutkimuksessa on olennaista ymmärtää plasmapolttoaineen ominaisuuksien ja ilmiöiden yhteys lämmönsiirtoon. Suurin osa lämmöstä kulkeutuu plasmasta fuusioreaktiossa tuotettujen suurienergisten neutronien mukana. Neutronit täytyy huomioida useammasta eri näkökulmasta: lämpölähteenä, materiaalien aktivoijana ja reaktioiden aiheuttajana. Laskentaketju plasman reagoivien ionien mallinnuksesta reaktiotuotteisiin, lämmönsiirtoon ja materiaalivaikutuksiin vaatii plasmafysiikan, reaktorianalyysin ja termohydrauliikan laskentamenetelmien yhdistämistä. Tämä opinnäyte keskittyy reaktorikelpoisten plasmojen tarkasteluun. Ensimmäinen osa käsittelee plasmaskenaarioita, joista pääpaino on kehittyneillä tokamak-skenaarioilla. Varmuustekijän q aikakehityksellä on voimakas yhteys kokonaisplasmavirtaan ja plasman koossapitoon, joten plasmojen identiteettikokeisiin pohjautuvaa data-analyysia on laajennettu prediktiivisillä virtadiffuusiosimulaatioilla. Simulaatioilla on tehty herkkyystestejä parametrien vaikutuksesta varmuustekijän q aikakehitykseen ja sisäsyntyisen bootstrap-virran suuruuteen. Toinen ja kolmas osa esittelevät fuusiotuotteet ja niiden karakterisointiin käytettävät menetelmät. Aluksi esitellään AFSI-fuusiotuotekoodi, joka on validoitu JET-tokamakilla. Koodia on sovellettu synteettiseen neutronidiagnostiikkaan JET-tokamakilla. Neutroneiden, tuottonopeus ja spektri on laskettu todellisia diagnostiikkainstrumentteja vastaavissa geometrioissa käyttäen plasmakokeiden dataa. Lisäksi laskentatuloksia on verrattu kvalitatiivisesti kokeellisesti arvoihin ja todettu menetelmien vastaavan hyvin mitattuja arvoja eri detektoreja vastaavissa sijainneissa. Neljännessä osassa kuvataan kokonaisuudessaan laskentaketju plasmaparametrien mallinnuksesta laitoksen termohydrauliikkaan painottuen erityisesti plasmafysiikan ja neutronien kulkeutumisen mallinnuksen kytkemiseen. Esimerkkitapauksena on käytetty ITER-tokamakin ennustettuja plasmaparametreja ja rakennemallia. AFSI on kytketty ASCOT-hiukkasseurantakoodiin, joka määrittää reagoivien hiukkasten sijainnin, tiheyden ja energiat. Fuusiotuotteiden perusteella on muodostettu neutronilähde Serpent-neutronitransportkoodille, jota on käytetty reaktorinkomponenttien annosnopeuslaskun suorittamiseen, joka voidaan kytkeä edelleen termohydrauliikkamalliin.
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Tuomisto, Filip, Valvoja
  • Leppänen, Jaakko, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8046-8, 978-951-38-8651-6
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • plasmafysiikka
  • magneettinen koossapito
  • fuusioneutronit
  • skenaariomallinnus
  • synteettiset diagnostiikat

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Modelling of JET and ITER reactor relevant plasma neutron source for neutronics calculation chain'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä