Investigating geodesic acoustic modes on the TEXTOR tokamak via gyrokinetic plasma simulations

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kiviniemi, Timo
dc.contributor.author Niskala, Paavo Eino
dc.date.accessioned 2015-07-01T08:11:36Z
dc.date.available 2015-07-01T08:11:36Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/17018
dc.description.abstract When designing and developing tokamak nuclear fusion devices, confinement of the plasma is of utmost importance. This confinement is greatly affected by turbulence that enhances transport of particles out of the main plasma. Thus learning to understand and control plasma turbulence and phenomena related to it is a priority. Geodesic acoustic modes are one of these phenomena. According to theory, these oscillations of the electric potential and their effects may serve to regulate turbulence. We investigate geodesic acoustic modes with TEXTOR tokamak parameters using a plasma simulation code ELMFIRE. Based on the gyrokinetic model, ELMFIRE simulates turbulence and mechanisms related to it. Amongst other quantities, the code outputs the electric potential in the plasma. Studying the fluctuations of the electric field caused by this potential using Fourier and correlation analysis, properties of geodesic acoustic modes are investigated. As a result of this analysis, ELMFIRE results are on average within 20 percent of theoretical estimates for the frequency of the oscillations. Simulations indicate that the radial propagation speed of the fluctuations scales as a function of ion mass. Anti-correlation of the radial electric field fluctuations and particle transport diffusion coefficient suggests the physical mechanism of geodesic acoustic modes suppressing turbulence is seen in the simulations. Clear phase differences between radial electric field, diffusion coefficient and thermal conductivity are found. For further analysis, a more direct comparison between experimental work is proposed. en
dc.description.abstract Fuusioenergian koelaitteita ja tulevaisuuden reaktoreja suunniteltaessa plasman koossapito on erittäin keskeisessä roolissa. Koossapitoa hankaloittavat monet tekijät, joista plasmaturbulenssi on yksi olennaisimmista. Se aiheuttaa hiukkasten ajautumista ulos plasmasta, joten turbulenssin ja siihen liittyvien ilmiöiden ymmärtäminen on kriittistä fuusioenergian kannalta. Geodeettiset akustiset moodit ovat yksi näistä mielenkiintoisista ilmiöistä. Teorian mukaan nämä sähköpotentiaalin värähtelyt ja niiden vaikutukset saattavat auttaa hillitsemään turbulenssia. Geodeettisia akustisia moodeja tutkitaan hyödyntämällä ELMFIRE-plasmasimulaatiokoodia ja käyttämällä TEXTOR-tokamakin parametreja. Simulaatiomalli pohjautuu gyrokineettiseen teoriaan, jonka avulla voidaan mallintaa sekä neoklassista että turbulenttia fysiikkaa. Koodin ratkaisemaa sähköpotentiaalia analysoidaan puolestaan hyödyntämällä Fourier-muunnosta ja korrelaatiomenetelmiä. Analyysissa nähdään, että ELMFIRE:n tuottamat simulaatiotulokset sopivat osuvat keskimäärin 20 prosentin sisälle analyyttisista arvioista. Värähtelyjen säteen suuntainen etenemisvauhti skaalautuu simulaatioissa ionien massan funktiona. Sähkökentän ja diffuusiokertoimen vastakorrelointi puolestaan kertoo, että geodeettisten akustisten moodien ja turbulenssin välinen suhde on havaittavissa ELMFIRE-simulaatioissa. Lisäksi sähkökentän, lämmönjohtavuuden ja diffuusiokertoimien välillä on havaittavissa selkeät vaihe-erot. Tulevaisuudessa analyysia voidaan syventää vielä suorilla vertailuilla kokeellisten tulosten kanssa. fi
dc.format.extent vi + 66 s.
dc.language.iso en en
dc.title Investigating geodesic acoustic modes on the TEXTOR tokamak via gyrokinetic plasma simulations en
dc.title Geodeettisten akustisten moodien tutkiminen TEXTOR-tokamakissa gyrokineettisten plasmasimulaatioiden avulla fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword plasma fi
dc.subject.keyword energia fi
dc.subject.keyword fuusio fi
dc.subject.keyword turbulenssi fi
dc.subject.keyword magneettinen koossapito fi
dc.subject.keyword simulaatio fi
dc.subject.keyword tokamak fi
dc.subject.keyword gyrokineettinen fi
dc.subject.keyword plasma en
dc.subject.keyword energy en
dc.subject.keyword fusion en
dc.subject.keyword turbulence en
dc.subject.keyword magnetic confinement en
dc.subject.keyword simulation en
dc.subject.keyword tokamak en
dc.subject.keyword gyrokinetic en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201507013660
dc.type.dcmitype text en
dc.programme.major Ydin- ja energiatekniikka fi
dc.programme.mcode Tfy-5
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Groth, Mathias


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account