Fast ions and momentum transport in JET tokamak plasmas

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorTala, Tuomas, Dr, Fusion and Plasma Technology, VTT Technical Research Centre of Finland
dc.contributor.authorSalmi, Antti
dc.contributor.departmentTeknillisen fysiikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Applied Physicsen
dc.contributor.schoolPerustieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Scienceen
dc.contributor.supervisorSalomaa, Rainer, Professor, Department of Applied Physics, School of Science, Aalto University, Finland
dc.date.accessioned2012-11-08T09:30:04Z
dc.date.available2012-11-08T09:30:04Z
dc.date.defence2012-11-09
dc.date.issued2012
dc.description.abstractFast ions are an inseparable part of fusion plasmas. They can be generated using electromagnetic waves or injected into plasmas as neutrals to heat the bulk plasma and to drive toroidal rotation and current. In future power plants fusion born fast ions deliver the main heating into the plasma. Understanding and controlling the fast ions is of crucial importance for the operation of a power plant. Furthermore, fast ions provide ways to probe the properties of the thermal plasma and get insight of its confinement properties. In this thesis, numerical code packages are used and developed to simulate JET experiments for a range of physics issues related to fast ions. Namely, the clamping fast ion distribution at high energies with RF heating, fast ion ripple torque generation and the toroidal momentum transport properties using NBI modulation technique are investigated. Through a comparison of numerical simulations and the JET experimental data it is shown that the finite Larmor radius effects in ion cyclotron resonance heating are important and that they can prevent fast ion tail formation beyond certain energy. The identified mechanism could be used for tailoring the fast ion distribution in future experiments. Secondly, ASCOT simulations of NBI ions in a ripple field showed that most of the reduction of the toroidal rotation that has been observed in the JET enhanced ripple experiments could be attributed to fast ion ripple torque. Finally, fast ion torque calculations together with momentum transport analysis have led to the conclusion that momentum transport in not purely diffusive but that a convective component, which increases monotonically in radius, exists in a wide range of JET plasmas. Using parameter scans, the convective transport has been shown to be insensitive to collisionality and q-profile but to increase strongly against density gradient.en
dc.description.abstractNopeat ionit ovat erottamaton osa fuusioplasmoja. Niitä voidaan tuottaa sähkömagneettisten aaltojen avulla tai suihkuttamalla ne plasmaan energisinä neutraaleina. Nopeita ioneja käytetään kuumentamaan ja pyörittämään plasmaa, virranajossa sekä plasman ominaisuuksien ja koossapidon tutkimiseen. Tulevaisuuden voimalaitoksissa fuusioreaktioissa syntyvät nopeat ionit toimivat plasman pääasiallisena lämmönlähteenä. Nopeiden ionien ilmiöiden ymmärtäminen ja niiden hallinta ovat tärkeitä fuusiovoimaloiden operoinnin kannalta. Tässä väitöstyössä käytetään ja kehitetään numeerisia laskentaohjelmia selittämään nopeisiin ioneihin liittyviä koetuloksia Englannissa sijaitsevassa fuusiokoelaitoksessa (JET). Tutkimuksen kohteina ovat nopeiden ionien äkillinen väheneminen korkeilla energioilla radiotaajuuskuumennuksen yhteydessä, nopeiden ionien aiheuttama toroidaalinen vääntö magneettikentän ryppyisyyden vaikutuksesta ja liikemäärän kulkeutumisen ominaisuudet moduloituja neutraalisuihkuja käyttäen. Työssä todennettiin simuloinneilla, että ionien äärellinen pyörimissäde selittää kokeellisesti havaitun nopeiden ionien pienen lukumäärän korkeilla energioilla käytettäessä radiotaajuuskuumennusta. JET:n magneettikentän rypytyskokeissa havaitut plasman pyörimisen muutokset voitiin hiukkassimulointien avulla päätellä johtuvan pääasiassa nopeiden ionien synnyttämän väännön takia. Lopulta analyysit liikemäärän kulkeutumisesta useissa erilaisissa plasmoissa osoittivat, että liikemäärän kulkeutuminen ei ole pelkästään diffuusia ja että merkittäväksi osoittautunut koossapitoa parantava ajautumisnopeus kasvaa plasman ulkoreunaa lähestyttäessä. Plasman tiheysgradientin kasvattamisen havaittiin nopeasti kasvattavan ajautumisnopeutta, kun taas törmäyksellisyyden tai q-profiilin muutosten vaikutukset olivat pieniä. Työn tuloksia voidaan hyödyntää ITERin ja tulevien laitosten suunnittelussa ja plasman pyörimisen ennustuksissa.fi
dc.format.extent71 + app. 75
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.isbn978-951-38-7468-1 (electronic)
dc.identifier.isbn978-951-38-7467-4 (printed)
dc.identifier.issn2242-1203 (electronic)
dc.identifier.issn2242-119X (printed)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/6077
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-951-38-7468-1
dc.language.isoenen
dc.opnBourdelle, Clarisse, Dr, Institute of Magnetic Fusion Research, CEA Cadarache, France
dc.publisherVTT Technical Research Centre of Finlanden
dc.publisherVTTfi
dc.relation.haspart[Publication 1]: A. Salmi, M. J. Mantsinen, P. Beaumont, P. de Vries, L.-G. Eriksson, C. Gowers, P. Helander, M. Laxåback, J.-M. Noterdaeme, D. Testa, and EFDA JET contributors. 2006. JET experiments to assess the clamping of the fast ion energy distribution during ICRF heating due to finite Larmor radius effects. Plasma Physics and Controlled Fusion, volume 48, number 6, pages 717-726. © 2006 Institute of Physics Publishing (IOPP). By permission.
dc.relation.haspart[Publication 2]: A. Salmi, T. Johnson, V. Parail, J. Heikkinen, V. Hynönen, T. P. Kiviniemi, T. Kurki-Suonio, and JET EFDA Contributors. 2008. ASCOT modelling of ripple effects on toroidal torque. Contributions to Plasma Physics, volume 48, numbers 1-3, pages 77-81. © 2008 Wiley-VCH Verlag. By permission.
dc.relation.haspart[Publication 3]: P. C. de Vries, A. Salmi, V. Parail, C. Giroud, Y. Andrew, T. M. Biewer, K. Crombé, I. Jenkins, T. Johnson, V. Kiptily, A. Loarte, J. Lönnroth, A. Meigs, N. Oyama, R. Sartori, G. Saibene, H. Urano, K.-D. Zastrow, and JET EFDA Contributors. 2008. Effect of toroidal field ripple on plasma rotation in JET. Nuclear Fusion, volume 48, number 3, 035007, 6 pages. © 2008 International Atomic Energy Agency (IAEA). By permission.
dc.relation.haspart[Publication 4]: P. C. de Vries, T. W. Versloot, A. Salmi, M.-D. Hua, D. H. Howell, C. Giroud, V. Parail, G. Saibene, T. Tala, and JET EFDA Contributors. 2010. Momentum transport studies in JET H-mode discharges with an enhanced toroidal field ripple. Plasma Physics and Controlled Fusion, volume 52, number 6, 065004, 11 pages. © 2010 Institute of Physics Publishing (IOPP). By permission.
dc.relation.haspart[Publication 5]: A. T. Salmi, T. Tala, G. Corrigan, C. Giroud, J. Ferreira, J. Lönnroth, P. Mantica, V. Parail, M. Tsalas, T. W. Versloot, P. C. de Vries, K.-D. Zastrow, and EFDA JET Contributors. 2011. NBI torque in the presence of magnetic field ripple: experiments and modelling for JET. Plasma Physics and Controlled Fusion, volume 53, number 8, 085005, 20 pages. © 2011 Institute of Physics Publishing (IOPP). By permission.
dc.relation.haspart[Publication 6]: T. Tala, A. Salmi, C. Angioni, F. J. Casson, G. Corrigan, J. Ferreira, C. Giroud, P. Mantica, V. Naulin, A. G. Peeters, W. M. Solomon, D. Strintzi, M. Tsalas, T. W. Versloot, P. C. de Vries, K.-D. Zastrow, and JET-EFDA contributors. 2011. Parametric dependences of momentum pinch and Prandtl number in JET. Nuclear Fusion, volume 51, number 12, 123002, 11 pages. © 2011 International Atomic Energy Agency (IAEA). By permission.
dc.relation.ispartofseriesVTT Scienceen
dc.relation.ispartofseries10
dc.revHellsten, Torbjörn, Professor, Fusion Plasma Physics, KTH Royal Institute of Technology, Sweden
dc.revTardini, Giovanni, Dr, Institut für Plasmaphysik, Max Planck Institut, Germany
dc.subject.keywordJETen
dc.subject.keywordtokamaken
dc.subject.keywordfusionen
dc.subject.keywordenergyen
dc.subject.keywordplasmaen
dc.subject.keywordtoroidal rotationen
dc.subject.keywordmomentum transporten
dc.subject.keywordfast ionsen
dc.subject.keywordneutral beam injectionen
dc.subject.keywordNBIen
dc.subject.otherEnergyen
dc.subject.otherPhysicsen
dc.titleFast ions and momentum transport in JET tokamak plasmasen
dc.titleNopeat ionit ja liikemäärän kulkeutuminen JET-tokamakin plasmoissafi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_64508
Files
Original bundle
Now showing 1 - 7 of 7
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789513874681.pdf
Size:
2.84 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
publication1.pdf
Size:
259.21 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
publication2.pdf
Size:
99.41 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
publication3.pdf
Size:
223.5 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
publication4.pdf
Size:
278.8 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
publication5.pdf
Size:
681.26 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
No Thumbnail Available
Name:
publication6.pdf
Size:
466.83 KB
Format:
Adobe Portable Document Format