Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat ovat saatavilla yliopiston ylläpitämässä avoimessa Aaltodoc-julkaisuarkistossa.
Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Patrik Ollus
Fuusioplasmojen kuumennuksen tehokkuutta parantamassa
Väitös Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulusta, teknillisen fysiikan laitokselta.
Väitös Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulusta, teknillisen fysiikan laitokselta.
Väitöskirjan nimi: Impact of charge exchange on energetic ions in fusion plasmas
³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Patrik Ollus
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: professori Alessandro Biancalani, Ecole Supérieure d'Ingénieurs Léonard de Vinci, Ranska
Kustos: professori Mathias Groth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu
Auringon energian tuottavan ydinreaktion eli fuusion valjastaminen maan päällä on kehitteillä oleva riittoisa, kestävä ja turvallinen potentiaalinen tulevaisuuden energian tuotantomuoto. Tokamakiksi kutsutussa laitteessa fuusioreaktiot tapahtuvat donitsinmuotoisessa ionisoituneessa kaasussa eli plasmassa, joka koossapidetään magneettikentällä ja kuumennetaan kymmenen kertaa auringon ydintä korkeampaan lämpötilaan nopeiksi ioneiksi kutsuttuja korkeaenergisiä hiukkasia käyttäen. Plasman reunalla sähköisesti varatut nopeat ionit neutralisoituvat varauksenvaihtoreaktioissa sähköisesti neutraalien matalaenergisten hiukkasten kanssa, mikä mahdollistaa nopeiden hiukkasten karkaamisen magneettisesta koossapidosta, täten heikentäen ratkaisevan tärkeän plasman kuumennuksen tehokkuutta.
Tätä väitöskirjaa varten kehitettiin laskennallinen malli nopeiden ionien varauksenvaihdon simuloimiseksi, jotta tätä tähän asti vähän huomiota saanutta prosessia voitaisiin tutkia yksityiskohtaisesti. Mallia testattiin laajasti ja sovellettiin kokeisiin prosessin yleisen ymmärtämisen parantamiseksi ja sen konkreettisten vaikutusten tutkimiseksi fuusioplasmoissa.
Osoitettiin, että varauksenvaihto aiheuttaa merkittäviä kuumennustehon häviöitä nykypäivän tokamakeissa. Häviöt kuitenkin riippuvat tokamakin konfiguroinnista, ja prosessilla voi myös olla hyödyllisiä vaikutuksia, kuten virranajon paikallinen kasvattaminen plasmassa. Kyky ennustaa varauksenvaihdon vaikutusta nopeisiin ioneihin auttaa kokeiden suunnittelussa ja mahdollistaa nopeiden ionien paremman ymmärtämisen nykypäivän ja tulevaisuuden fuusiolaitteissa.
Avainsanat: fuusio, plasma, tokamak, nopeat ionit, varauksenvaihto
Yhteystiedot: patrik.ollus@aalto.fi
Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä):
Perustieteiden korkeakoulu väitöskirjat
Zoom pikaopas