Monte Carlo Modeling of Fast Electron Effects in the Divertor Region

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2007

Department

Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto

Major/Subject

Ydin- ja energiatekniikka

Mcode

Tfy-56

Degree programme

Language

en

Pages

86

Series

Abstract

Tokamakissa reunaplasman kulkeutumista kammion seinämille voidaan rajoittaa taivuttamalla uloimmat magneettiset kenttäviivat kohti diverttorilevyjä. Fuusioplasmasta karkaavat kuumat hiukkaset kulkevat tällöin levyille nk. kuorintakerroksen läpi. Erittäin suorituskykyisessä plasmassa kuorintakerroksen törmäyksellisyys saattaa kuitenkin olla niin vähäistä, etteivät hiukkaset ehdi termalisoitumaan diverttorialueen kylmempään lämpötilaan, vaan saattavat saapua levyille kuumina. Tämän seurauksena levyjen lämpökuormat kasvavat ja diverttorialueen mittausten tulkinta saattaa vaikeutua. Lisäksi plasman uudenlainen käyttäytyminen saattaa heikentää kuorintakerroksen numeerisessa mallinnuksessa paljon käytetyn nestekuvauksen toimivuutta. Esimerkiksi törmäyksettöminä fuusioplasmasta diverttorilevyille kulkevat nopeat elektronit saattavat vaikuttaa voimakkaasti lämmönjohtumiseen ja levyjen sähköiseen potentiaaliin. Tässä työssä on tarkasteltu elektronien termalisoitumista tokamak-plasman kuorintakerroksessa. Elektronien johtokeskusten liikeratojen laskemiseen on käytetty Monte Carlo -menetelmään pohjautuvaa ASCOT-simulaatiokoodia. Diverttorialueen energiajakauman tutkimista varten erilaisia elektronijoukkoja lähetettiin alueelta, jossa kuuma fuusioplasma on lähimpänä avoimia kenttäviivoja. Coulombin törmäysten ja magneettisen epähomogenian vaikutusta elektroneihin seurattiin aina diverttorilevyille asti. Vakiona pysyvän taustaplasman parametrit saatiin SOLPS-nestekoodin laskelmista. ASCOT-koodia muokattiin työssä ottamaan huomioon diverttorialueen voimakas sähkökenttä. Kun elektronit lähetettiin hyvin läheltä kuumaa keskusplasmaa, suurin osa ehti termalisoitua ennen saapumistaan diverttorilevyille. Alkuperäisen energiajakauman kuumasta hännästä osa säilyi kuitenkin törmäyksettömänä, vieden merkittävän määrän energiaa levyille. Mitä kuumempi alkujakauma lähetettiin, sitä enemmän ylitermisiä elektroneja havaittiin levyillä. Kauempana keskustasta kuorintakerroksessa kulkeneet elektronit eivät sitä vastoin termalisoituneet juuri ollenkaan, vaan niiden energiajakauma levyillä oli hyvin samankaltainen kuin kuuma alkujakauma. Työn tuloksista voidaan todeta, että tokamakin kuorintakerroksen vähäinen törmäyksellisyys saattaa heikentää nestekuvan toimivuutta plasman numeerisessa mallinnuksessa. Diverttorin lämpökuormat voivat olla odottamattoman korkeita, ja esimerkiksi kokeelliset lämpötilamittaukset voivat antaa vääriä tuloksia diverttoriplasman energiajakauman ollessa häntävahvistunut. ASCOT-simulaatioilla saatiin hyviä suuntaa-antavia tuloksia. Työtä tullaan jatkamaan sekä kehittämällä mallinnuskoodia että muokkaamalla simulaatioita, jotta diverttorin lämpökuormille saadaan kvantitatiivisia arvioita.

Description

Supervisor

Salomaa, Rainer

Keywords

tokamak, tokamak, divertor, diverttori, fast electrons, nopeat elektronit, kinetic effects, kineettiset ilmiöt, ASCOT, ASCOT, SOLPS, SOLPS

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120553406

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK