Multidisciplinary fusion engineering

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2022-10-04
Date
2022
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
74 + app. 76
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 121/2022
Abstract
The dissertation entails the modelling and analytical work, performed by the PhD candidate under the umbrella of the balance of plant workpackage of the EUROfusion Consortium. In order to tackle present and future multiphysics challenges of the European DEMO, a calculation chain has been developed in which annexed modules resolve plasma physics, particle transport and thermal-hydraulic problems. The ASCOT suite of codes was used to generate burn-phase distribution of fusion product neutrons in a 2D (R, z) domain. The derived source rate profile was utilized by the Serpent Monte Carlo code in subsequent neutron-photon transport simulations with a hybrid geometry, combining homogeneous and CAD-based heterogeneous cells. Complementary sensitivity studies were carried out, investigating scalability and various optimisation strategies concerning the Serpent simulations. Results of previous transient analyses, obtained with the Apros thermal-hydraulic system code, were discussed with respect to the two main plant candidates, namely the helium-cooled pebble bed (HCPB) and the water-cooled lithium-lead (WCLL) configurations. Analytical and operational uncertainties were itemized referring to completed, ongoing and planned verification and validation activities, aiming to assess the reliability of the toolkit.

Väitöskirja kuvailee EUROfusion-konsortion Balance of Plant (BoP) työryhmän puitteissa ehdokkaan suorittamia mallinnus- ja analyysitöitä. Suunnitteilla olevan DEMO-voimalaitoksen nykyisten ja tulevien monifysikaalisten haasteiden ratkaisemiseksi kehitettiin laskentaketju, johon kuuluvat plasmafysiikan, hiukkasten kulkeutumisen ja termohydrauliikan osakokonaisuuksien simuloinnit. Fuusiopalon aikana syntyneiden fuusiotuotteiden jakauman luomiseen käytettiin ASCOT ohjelmistoa (R, z) 2D-tilassa. Syntynyttä lähdetermiprofiilia hyödynnettiin seuraavaksi Serpent-ohjelmiston hiukkasten kulkeutumisen mallintamisessa hybridigeometriassa, jossa käytettiin homogeenisia ja CAD-pohjaisia heterogeenisia soluja. Täydentäviä herkkyyssimulointeja tehtiin Serpent-ohjelmistolla skaalautuvuuden ja optimointistrategian tarkastelun kannalta. Apros-ohjelmistolla aikaisemmin tehtyjen DEMO-laitoksen transienttianalyysien tuloksia sekä heliumjäähdytteisellä (HCPB) että vesijäähdytteisellä (WCLL) primääripiirillä tarkasteltiin. Laskentaketjussa syntyviä epävarmuuksia arvioitiin mallinnuksen ja voimalaitoksen toiminnan näkökulmista aikaisemmin toteutettujen vertailuanalyysien ja validointitöiden perusteella.
Description
Supervising professor
Sand, Andrea, Prof., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
Thesis advisor
Snicker, Antti, Dr., Aalto University, Department of Applied Physics, Finland
Keywords
plasma physics, particle transport, thermal-hydraulics, DEMO, AFSI, Serpent, Apros, plasmafysiikka, hiukkasten kulkeutuminen, termohydrauliikka
Other note
Parts
  • [Publication 1]: M. Szogradi and A. Snicker. The development of a novel particle transport and thermal-hydraulic calculation chain for the European DEMO. Submitted to Fusion Engineering and Design, Submission date: 24.08.2022.
  • [Publication 2]: M. Szogradi and S. Norrman. Model development and transient analysis of the HCPB BB BOP DEMO configuration using the Apros system code. Energies, 14(21), 7214, November 2021.
    DOI: 10.3390/en14217214 View at publisher
  • [Publication 3]: M. Szogradi and S. Norrman. Model development and transient analysis of the WCLL BB BOP DEMO configuration using the Apros system code. Energies, 14(18), 5593, September 2021.
    DOI: 10.3390/en14185593 View at publisher
Citation