Podrobno

Študij fuzijsko-relevantnih toplotnih obremenitev prve stene s parametrično karakterizacijo električnega in magnetnega polja
ID Radež, Miha (Avtor), ID Gyergyek, Tomaž (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Kovačič, Jernej (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (5,14 MB)
MD5: 00DFA6A19B01DE4F2F604BF2C806C754

Izvleček
Fuzija kot potencialni vir trajnostne energije je že nekaj časa v središču številnih raziskav, ki združujejo plazemsko fiziko, nove tehnologije in inženirske izzive. Da dosežemo zlivanja jeder in iz procesa pridobivamo več energije kot ga vanj vložimo, moramo plazmo dovolj časa zadrževati pri primerno visoki temperaturi in gostoti. Trenutno najobetavnejša vrsta fuzijskega reaktorja je tokamak, v katerem je vroče gorivo ujeto z magnetnim poljem v toroidno oblikovani posodi. Eden glavnih problemov povezanih s to metodo omejevanja je velika toplotna obremenitev plasti postrgane plazme na steno tokamaka, zaradi česar je dobro razumevanje in simuliranje tega območja ključnega pomena za varno in učinkovito delovanje reaktorja. V magistrski nalogi bomo najprej predstavili osnove fuzije ter problematiko, povezano z geometrijo stene na nivoju njenih gradnikov-monoblokov iz volframa, ki pri problemu igrajo nezanemarljivo vlogo. Nadaljevali bomo s konstrukcijo modela za električno polje v bližini monoblokov, ki zaradi različnih mas pozitivnih in negativnih delcev v plazmi privede do presežka naboja v optični senci. Po opisu integracije poti nabitih delcev v električnem in magnetnem polju, ter toplotnih tokov, ki jih povzročijo na steni, bomo predstavili tudi rezultate lastnih simulacij toplotnih tokov na geometrijo monoblokov za različne fuzijsko relevantne nabore parametrov. Izkaže se, da različne izbire parametrov povzročijo zelo različne neenakomerne porazdelitve toplotnih tokov na površine monoblokov in, da presežek pozitivnega naboja v optični senci lahko igra pomembno vlogo pri zaščiti vodilnega roba monobloka pred prevelikimi toplotnimi tokovi. Naše ugotovitve poudarjajo pomembnost upoštevanja končne velikosti ciklotronskega radija nabitih delcev v plazmi in strukturo reaktorske stene v velikostnem redu monoblokov pri računanju toplotnih tokov, saj jih v nasprotnem primeru lahko bistveno podcenimo.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:fuzija, plazma, tokamak, toplotni tokovi, prva stena, monobloki, električna in magnetne polja, nabiti delci, ciklotronski radij, integracija trajektorije delcev, simulacija, parametrična študija
Vrsta gradiva:Magistrsko delo/naloga
Tipologija:2.09 - Magistrsko delo
Organizacija:FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-171995 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:247783427 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:05.09.2025
Število ogledov:160
Število prenosov:54
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Study of Fusion-Relevant Thermal Loads on the First Wall with Parametric Characterization of Electric and Magnetic Fields
Izvleček:
Fusion, as a potential source of sustainable energy, has long been at the forefront of numerous studies that combine plasma physics, new technologies, and engineering challenges. To achieve nuclear fusion and extract more energy from the process than is invested, we must maintain the plasma at a sufficiently high temperature and density for an adequate duration of time. Currently, the most promising type of fusion reactor is the tokamak, in which hot fuel is contained by a magnetic field in a toroid-shaped vessel. One of the main problems associated with this containment method is the significant thermal load of the edge plasma on the walls of the tokamak, making a good understanding and simulation of this area crucial for safe and efficient reactor operation. In the master’s thesis, we will first introduce the scientific background of fusion and describe the issues with the wall geometry at the level of its components—tungsten monoblocks-which play a significant role in the problem. We will continue by constructing a model for the electric field near the monoblocks, which leads to space-charge in the optical shadow due to the different masses of positive and negative particles in the plasma. After describing the integration of the paths of charged particles in the electric and magnetic fields, and the heat fluxes they cause on the wall, we will also present the results of our own simulations of heat fluxes on the monoblock geometry for various fusion-relevant parameter choices. It turns out that different parameter choices cause very uneven distributions of heat fluxes on the surfaces of the monoblocks, and that space-charge in the optical shadow can play an important role in protecting the first edge of the monoblock from excessive heat fluxes. Our findings emphasize the importance of considering the finite size of gyroradius of charged particles in the plasma and the structure of the reactor wall at the monoblock scale when calculating heat fluxes, as they can otherwise be significantly underestimated.

Ključne besede:Fusion, Plasma, Tokamak, Heat fluxes, First wall, Monoblocks, Electric and magnetic fields, Charged particles, Gyroradius, Particle trajectory integration, Simulation, Parametric study

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj