Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Francis Albert Devasagayam

Väitöskirjan nimi: Plasma flows and turbulence in gyrokinetic simulations

Väittelijä: Francis Albert Devasagayam
Vastaväittäjä: professori Minna Palmroth, Department of Physics, University of Helsinki
Kustos: professori Mathias Groth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Tein väitöskirjani ydinfuusion alalta. Ydinfuusion tavoitteena on tuottaa sähköä ilman kasvihuonekaasujen vapautumista. Tutkimuksessani käytin kahta gyrokineettistä koodia ELMFIRE ja GENE tutkiessani plasman turbulenssia ja meso-mittakaavaisia ​​virtauksia FT-2-tokamakissa.

FT-2-tokamakin raapumiskerroksen fysiikan ennustamiseksi useat koodimuutokset ELMFIRE:ssä kierrättävät simulaatioalueelta poistuvia hiukkasia toroidisessa suunnassa lähempänä poloidirajoittimia. Radiaaliset hiukkasten lähdeprofiilit ASTRA-simulaatioista ja kierrättävistä plasma-ioneista ja elektroneista lähellä rajoittimia ovat yhtäpitäviä Langmuirin anturin elektronitiheysprofiilien kanssa 30 prosentin sisällä. Elektronien lämpötilaprofiilien ennustetaan kuitenkin systemaattisesti korkeammiksi kertoimella 1,5-2 vastaavalla Langmuir-koettimen mittauksella, edelleen epävarmuustekijöiden sisällä.

GENE:n avulla tutkitaan geodeettisen akustisen tilan (GAM) katkonaisuutta FT-2:n ytimessä suorittamalla globaali epälineaarinen simulaatio. Simulaatiotulokset paljastavat katkonaisuuden GAM:issa lähellä matalan asteen rationaalista pintaa (q=3), mikä on ensimmäinen havainto GAM:n katkonaisuudesta gyrokineettisessä simulaatiossa. Taustalla oleva syy johtuu epälineaarisesta kytkennästä GAM:ien ja turbulenssin välillä tässä säteittäisessä paikassa. Tiheysvaihtelut osoittavat myös katkonaisuutta samassa paikassa, mikä vahvistaa kytkennän.

Krook-tyyppisten lähdeoperaattoreiden vaikutusta GAM-dynamiikkaan tutkitaan GENE-simulaatioissa. Globaalit epälineaariset simulaatiot osoittavat, että GAM-amplitudi kasvaa Krook-tyyppisten lähdeoperaattoriarvojen kasvaessa, mikä johtuu lisääntyneestä GAM-käytöstä. Vyöhykevirtauksen amplitudit pienenevät operaattoriarvojen kasvaessa keskialueella. Erityisesti GAM-vaimennus keskialueella kasvaa 15 - 100 % käyttöarvojen kasvaessa. GAM-jaksoista huolimatta niiden lepotila- ja aktiivisuusjaksot eroavat operaattorin arvojen mukaan.

Yhteystiedot: francis.albertdevasagayam@aalto.fi 

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc