Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Filippo Zonta

Väitöskirjan nimi: Theoretical and numerical methods for kinetic simulation of plasmas

Tohtoriopiskelija: Filippo Zonta
Vastaväittäjä: Dr. Diego Del-Castillo-Negrete, Oak Ridge National Laboratory, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Mathias Groth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Plasmakoodin murtaminen: Edistysaskeleet fuusioenergian numeerisissa simuloinneissa

Tämä tutkimus sukelsi plasmfysiikkaan, keskittyen Tokamak-laitteiden plasmaan, tulevaisuuden puhtaan energian potentiaalisiin voimanlähteisiin. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää uusia teoreettisia ja numeerisia menetelmiä plasman käyttäytymisen simuloimiseksi ja ymmärtämiseksi, mikä on ratkaiseva tehtävä tulevan ITER-laitteen kanssa. Tutkimus on erittäin merkityksellinen plasmfysiikan ja fuusioenergian tutkimukselle, tarjoten uusia työkaluja tiedemiehille plasman parempaan ymmärtämiseen ja hallintaan Tokamak-laitteissa. 

Merkitsevä osa tutkimusta oli uuden numeerisen koodin kehittäminen Landau-yhtälölle. Tämä koodi, joka säilyttää energian ja liikemäärän, hyödyntää GPU-laskentaa tehokkaaseen skaalaamiseen. Se validoitiin teoreettisia arvioita vasten, osoittaen hyvän yhtäneväisyyden. Toinen merkittävä tulos oli taaksepäin suuntautuvan Monte Carlo (BMC) -menetelmän käyttöönotto. Tämä menetelmä parantaa nykyisten simulaatioiden tilastollista tarkkuutta integroimalla nopeiden ionien todennäköisyyttä taaksepäin ajassa. Se toteutettiin ASCOT5-koodin seuraamiskoodina, mahdollistaen suorituskykyiset simulaatiot. 

Tämä tutkimus tuo uutta tietoa siitä, kuinka tarkemmin simuloidaan plasman käyttäytymistä Tokamak-laitteissa. Se tarjoaa uuden näkökulman nopeiden ionien ongelmaan ja tarjoaa ratkaisun nykyisiin ja tuleviin fuusiokokeisiin. Tiedot voidaan soveltaa Tokamak-laitteiden suunnitteluun ja käyttöön, mukaan lukien ITER-laite. Se voi auttaa tiedemiehiä ennustamaan ja hallitsemaan paremmin plasman käyttäytymistä, mikä on ratkaisevaa fuusion saavuttamiseksi. Tulokset osoittavat, että oikeilla työvälineillä voimme merkittävästi parantaa ymmärrystämme ja hallintaamme plasmoista Tokamak-laitteissa, tuoden meidät lähemmäksi fuusioenergian todellisuutta.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52