Elfutó elektronok kölcsönhatása az extraordinárius elektron hullámmal
Elfutó elektronok kölcsönhatása az extraordinárius elektron hullámmal
Budai Ádám III. évf.
Konzulensek: Dr. Pokol Gergő, Nukleáris Technika Tanszék
Kómár Anna, California Institute of Technology
Tokamakokban tapasztaltak nagy energiával rendelkező ún. elfutó elektronokat, amelyek komoly károkat tudnak okozni: tönkreteszik a diagnosztikákat, kilukasztják a falat. Az elfutó elektronok kölcsönhatásba léphetnek egy rezonáns plazmahullámmal. A vizsgált nagyfrekvenciás elektronhullámok közül az extraordinárius elektron hullám (EXEL) a leginstabilabb [1], ezért ezt a hullámot vizsgáltam. Az elfutó elektronok és az EXEL hullám kölcsönhatása során az elektronok eredetileg nyalábszerű eloszlásfüggvénye izotropizálódik. Ez lecsökkentheti az elfutó elektronok energiáját.
Az EXEL hullámnak az eloszlásfüggvényre gyakorolt hatását csak numerikus módszerek igénybevételével lehet meghatározni, mert az eloszlásfüggvény időbeli fejlődésére nincs zárt analitikus formula [2]. Munkám során rendelkezésemre állt egy kvázilineáris kölcsönhatást számoló rutin, melyet Dr. Pokol Gergő és Kómár Anna írtak. A program lassú futása miatt még csak előzetes eredmények álltak rendelkezésemre, melyek a fenti kölcsönhatás bekövetkezését igazolták, azonban csak a hatás első periódusát mutatták, így részletes analízisre nem voltak alkalmasak. A rutin gyorsításának érdekében felderítettem a program legidőigényesebb részeit, és ezeket módosítva a program a többszörösére gyorsult, lehetővé téve a kölcsönhatás további periódusainak szimulációját, és így annak megállapítását, hogy a kapott eredmények hogyan függnek a program numerikus és fizikai paramétereitől. Fontos kérdés volt a program numerikus stabilitásának ellenőrzése a numerikus paraméterek változtatásával. Az eljárás alatt egy tipikus paraméterszetet választottam referenciának és mindig csak egy paramétert változtatva vizsgáltam az eltérést az eredményben. A tapasztaltak alapján új optimális paraméterszetet állítottam be, és ezzel végeztem a további vizsgálatokat, mint az eredményeknek a plazmaparaméterektől való függését. A mágneses tér, a termikus elektronsűrűség, az elektromos tér és a plazmahőmérséklet változtatásával az elmélet alapján várt eredményeket kaptam, a közelítések határain belül.
A munkám második felében az eljárásunk azon hiányosságának kiküszöbölése volt a célom, hogy az általunk használt kezdeti eloszlásfüggvény csak nagyon nagy, állandó elektromos tér fennállása esetén érvényes. Ennek érdekében a CODE nevű kinetikus egyenlet megoldó rutinba [3] integráltam az EXEL hullámmal történő kvázilineáris diffúziós kölcsönhatást. Ezzel lehetővé vált fizikailag valóságosabb eloszlásfüggvények előállítása.
Irodalom:
1. A. Kómár, G. Pokol, T. Fülöp, „Interaction of electromagnetic waves and suprathermal electrons in the near-critical electric field limit”, Journal of Physics: Conference Series, 401, 012012 (2012).
2. A. Kómár, G. Pokol, T. Fülöp, „Quasi-linear analysis of the extraordinary electromagnetic wave destabilized by runaway electrons”, Proceedings of the 40th EPS Conference on Plasma Physics, P5.170 (2013).
3. M. Landreman, A. Stahl, T. Fülöp, „Numerical solution of the Fokker-Planck equation with electric field and collisions”, preprint változat: http://arxiv.org/pdf/1305.3518v1.pdf (2013).
szerző
-
Budai Ádám
fizika
nappali
konzulensek
-
-
Kómár Anna
Doktorandusz, California Institute of Technology (külső)