Abstrakti
Lämmönsiirto on eräs keskeisimmistä fuusioreaktoreiden haasteista. Seinämien kuormat eivät saa ylittää 10 MW/m2 reaktoreiden tuottaessa useita gigawatteja fuusioenergiaa. Lisäksi seinämän eroosion sekä polttoaineen kertymisen reaktoriin täytyy olla riittävän hidasta, jotta toimintajakso huoltoseisokkien välissä on riittävän pitkä. Lupaavin ratkaisu näihin haasteisiin on käyttää volframia seinämämateriaalina ja suihkuttaa reaktoriin tehoa säteileviä epäpuhtauksia. Nykyisessä teknologisessa ja tieteellisessä ymmärryksessä on kuitenkin puutteita, eikä voida täysin luottaa siihen, että mallien avulla suunnitellut reaktorit suoriutuvat täysin tehtävistään. Ennusteet fuusioreaktoreille perustuvat laskentamallien validointiin ja fysiikan ilmiöiden tulkintaan olemassa olevilla fuusioreaktoreilla.
Tässä työssä tutkitaan sekä kokeellisesti että EDGE2D-EIRENE -koodipaketilla tehosäteilyä divertorilla JET-tokamakissa korkean koossapidon plasmoissa. Tutkimuksissa vertaillaan ennustettuja ja mitattuja diverttoriolosuhteita, tutkitaan seinämäkomponenttien materiaalien ja geometrian vaikutusta säteilevän diverttorin suorituskykyyn, sekä vertaillaan diverttorin suorituskykyä typpi- ja neonsuihkutuksella. Lisäksi volframin kulkeutumista on tutkittu ennustavilla Monte-Carlo simulaatioilla DIVIMP-koodia käyttäen.
Simulaatiot toistavat kokeellisesti havaitun diverttorisäteilyjakauman sekä teho- ja hiukkaskuorman vähenemisen matalan kentän puoleisella (LFS) diverttorilevyllä, mikäli kokeellisesti mitatut säteilytasot sovitetaan epäpuhtaussuihkutuksen avulla. Simulaatiot kuitenkin aliarvioivat deuteriumin aiheuttaman säteilyosuuden, kuten on havaittu aikaisemmissakin tutkimuksissa. Hiilen ja typen samankaltaisista säteilyominaisuuksista johtuen JET-tokamakin täyshiiliseinällä havaitut säteilyjakaumat voidaan toistaa typpisuihkutuksella JETin ITER-seinämä -kokeissa. Diverttoriplasman erkaantuminen saavutetaan samoilla säteilytasoilla molemmilla seinämämateriaaleilla. Vastoin odotuksia diverttorigeometrialla havaittiin olevan vain vähän vaikutusta LFS-diverttorilevyn lämpökuormituksen vähenemiseen säteilyn kasvaessa. Lisäksi samankaltaiset diverttorin lämpökuormituksen vähenemiset havaitaan sekä typpi- että neonsuihkutuksella. Toisin kuin typpisäteily, merkittävä osa neonsäteilystä kuitenkin tapahtuu koossapidetyn plasman puolella, minkä uskotaan heikentävän plasman suorituskykyä. Lisäksi korkean tehon ja matalan lämpötilan diverttoriolosuhteet on laskentamallien mukaan eduksi volframin pitämiseksi diverttorikammiossa. Reunamoodit (ELMs) dominoivat laskentamalleissa volframin eroosiota ja kulkeutumista ulos diverttorikammiosta JET-tokamakissa.
| Julkaisun otsikon käännös | Radiative divertor studies in JET high confinement mode plasmas |
|---|---|
| Alkuperäiskieli | Englanti |
| Pätevyys | Tohtorintutkinto |
| Myöntävä instituutio |
|
| Ohjaaja |
|
| Kustantaja | |
| Painoksen ISBN | 978-952-60-6475-8 |
| Sähköinen ISBN | 978-952-60-6476-5 |
| Tila | Julkaistu - 2015 |
| OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- fuusio
- epäpuhtaudet
- lämmönsiirto
- diverttori
- säteily