Elektroner som skenar i en fusionsreaktor

Partiklar i ett plasma växelverkar genom Coulomb-kraften över relativt långa avstånd. En konsekvens av detta är att den friktionskraft som enskilda partiklar upplever från sina grannar avtar ju snabbare partikeln är, vilket tillåter framförallt elektroner att "skena" iväg till nära ljusets hastighet om en tillräckligt stark accelererande kraft skulle uppstå. Sådana situationer kan uppstå en mängd olika plasmor, såsom i soleruptioner, blixturladdningar och fusionsmaskiner. I framförallt fusionsmaskiner av typen tokamak förekommer skenande elektroner regelbundet och ställer till problem, och de har kommit att bli ett av huvudfokusen inom den internationella forskningen på fusion.

I min forskning har jag studerat många olika aspekter av skenande elektroner för att förstå hur de uppstår och kan kontrolleras. Mycket av forskningen kretsar kring koden DREAM, som kan lösa en uppsättning kopplade partiella differentialekvationer för plasmat och bland annat används för att förutsäga hur många skenande elektroner som kan uppstå i en tokamak. Även koden SOFT, som kan användas för att simulera kamerabilder och ljusspektrum från skenande elektroner, har varit central för min forskning och möjliggjort en mängd experimentella studier. Med hjälp av båda dessa koder har jag tillsammans med kollegor från hela världen bland annat minimerat antalet skenande elektroner som väntas uppstå i den kommande generationens fusionsreaktorer (ARC, ITER, SPARC och STEP), studerat specifika fysikaliska mekanismer som påverkar skenande elektroner (t.ex. avskrapning av skenande elektroner vid vertikala plasmaförflyttningar, injektion av elektron-cyklotron-vågor för uppvärmning, och strömrelaxation vid plasmainstabiliteter), samt modellerat och deducerat de skenande elektronernas fördelningsfunktion i experiment vid ASDEX Upgrade, JT60-SA och TCV. Allt detta arbete syftar till att ta fram modeller som kan användas vid design av fusionsreaktor och förhindra att skenande elektroner orsakar skador på reaktorkomponenter.