< Terug naar vorige pagina

Project

Naar gevalideerde gemiddelde-veld beschrijvingen voor het anomaal transport in de plasmarand van tokamaks voor reactorrelevante regimes

Transport van deeltjes en energie in de plasmarand van tokamaks wordt grotendeels bepaald door turbulente processen. Echter laat de huidige rekenkracht niet toe om routinematig volledige 3D-turbulente simulaties uit te voeren. Hierdoor wordt in huidige plasmarandcodes, zoals SOLPS-ITER, een gemiddelde veldbeschrijving toegepast, waarbij dit ‘anomaal’ transport typisch beschreven wordt o.b.v. diffusierelaties met ad-hoc diffusiecoëfficiënten, die manueel door de gebruiker bepaald worden om overeenstemming met experimentele data te verkrijgen. Deze diffusiecoëfficiënten zijn echter sterk afhankelijk van de machine, het werkingsregime, en kunnen ook ruimtelijk variëren, waardoor de voorspellende eigenschappen van dergelijke simulaties beperkt zijn. Verbeterde transportmodellen zijn essentieel zowel voor het interpreteren van de deeltjes- en vermogensafvoer uit bestaande experimentele machines, als voor het betrouwbare ontwerp van divertoren voor toekomstige kernfusiereactoren zoals ITER en DEMO. Om de voorspellende eigenschappen te verbeteren, werden deze anomale diffusiecoëfficiënten in recent onderzoek consistent gemodelleerd o.b.v. turbulente karakteristieken zoals de turbulente kinetische energie. Hierbij werden methodes die geïnspireerd zijn op de Reynolds-Averaged-Navier-Stokes (RANS) technieken gebruikt. Transportvergelijkingen voor deze turbulente karakteristieken werden afgeleid, en sluitingsrelaties voor de voornaamste bron- en sink-termen werden voorgesteld door interpretatie van data bekomen uit turbulente simulaties van de plasmarand met de 2D TOKAM2D code. Het onderzoek richtte zich tot dusver op interchange gedomineerde turbulentie in vereenvoudigde geometrie loodrecht op de magnetische veldlijnen. In dit doctoraatsonderzoek worden deze modellen verder ontwikkeld om hun toepassing in realistische plasmarandsimulaties mogelijk te maken. In eerste instantie zullen de modellen veralgemeend worden om ook transport van turbulente karakteristieken langsheen het magnetische veld te beschrijven. De impact van realistische magnetische topologieën (limiters, divertoren) op het turbulent transport zal onderzocht worden. Daarna worden bijkomende fysische effecten meegenomen, zoals driftgolven, sheath-effecten, en de invloed van neutralen. Modellen zullen voorgesteld worden op basis van data van 3D turbulente simulaties, waarbij Bayesiaanse inferentie gebruikt zal worden om modelparameters te schatten en modellen met elkaar te vergelijken. De resulterende transportmodellen zullen uiteindelijk geïmplementeerd worden in de SOLPS-ITER code, die wereldwijd gebruikt wordt voor de simulatie van experimenten en ontwerp van nieuwe reactoren.

Datum:29 okt 2021 →  Heden
Trefwoorden:plasma edge turbulence, turbulence modelling, anomalous transport
Disciplines:Vloeistofmechanica, Kernenergie, Fysica van (fusie)plasma's en elektrische ladingen
Project type:PhD project