Väitös teknillisen fysiikan alalta, DI Konsta Särkimäki

Väitöskirjassa “Modelling and understanding fast particle transport in non-axisymmetric tokamak plasmas" kehitettiin uusia laskennallisia malleja sekä menetelmiä fuusioplasmoissa esiintyvien nopeiden hiukkasten tutkimiseksi.

Fuusioreaktoreissa esiintyy hiukkasia, joiden energia on huomattavasti muita plasman hiukkasia korkeampi. Nämä ns. “nopeat hiukkaset” ovat herkkiä pienillekin poikkeavuuksille plasmaa koossapitävässä magneettikentässä. Tämän väitöskirjan puitteissa on kehitetty uusia ja tehokkaita malleja ja menetelmiä, joiden avulla nopeiden hiukkasten koossapitoa voidaan paremmin ennustaa suunniteltaessa fuusioreaktoreita.

Fuusioplasma on jo itsessään melko lämmintä, n. 150 miljoonaa astetta Celsiusta eli kymmenen kertaa Auringon ydintä lämpimämpää, mutta osa plasmahiukkasista on vielä tätäkin kuumempia. Tällaisia hiukkasia ovat mm. fuusioreaktioissa syntyvät alfahiukkaset sekä häiriötilanteissa syntyvät karkurielektronit. Mikäli poikkeavuudet magneettikentässä aiheuttavat merkittäviä häviöitä nopeille hiukkasille, voi seurauksena olla reaktorin seinien vahingoittuminen ja aikaa vievät korjaustyöt. On siis ensiarvoisen tärkeää, jotta nopeiden hiukkasten käyttäytymistä pystytään luotettavasti ennustamaan tietokonesimulaatioilla.

Työssä kehitettiin kansainvälisen tutkijayhteisön käyttöön suurteholaskentaa hyödyntävä ASCOT5 radanseurantakoodi, jolla tutkittiin nopeiden hiukkasten kulkeutumista mahdollisimman paljon todellisuutta vastaavissa magneettikentissä ITER-koereaktorissa. Työn pääpaino oli ASCOT5 kehitystyön lisäksi sitä täydentävien menetelmien kehittämisessä. Näiden menetelmien avulla voidaan lisätä koodin antamien ennusteiden luotettavuutta tilanteissa, joissa tulosten kokeellinen varmentaminen ei ole vielä mahdollista.

Vastaväittäjänä toimii Dr. Minh Quang Tran, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Sveitsi.

Kustos on professori Martti Puska, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos.

Vastuuprofessori on professori Mathias Groth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos.

Väittelijän yhteystiedot: Konsta Särkimäki, Teknillisen fysiikan laitos, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, [email protected]

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-8821-1

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun ilmoitustaululla Konemiehentie 2, Espoo.