Modelling the damage of metallic plasma-facing components under energetic transient events in fusion reactors
Tid: Må 2025-05-12 kl 14.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/62498661239
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Konstantinos Paschalidis , Rymd- och plasmafysik
Opponent: Professor Rudolf Neu, Max Planck Institute for Plasma Physics, Garching, Germany and Technical University of Munich, Munich, Germany,
Handledare: Professor Svetlana V. Ratynskaia, Rymd- och plasmafysik; Doctor Panagiotis Tolias, Rymd- och plasmafysik; Doctor Ladislas Vignitchouk, Rymd- och plasmafysik
QC 20250411
Abstract
Magnetisk inneslutningsfusion representerar en av de mest lovande vägarna för att uppnå hållbar och ren energiproduktion. I detta tillvägagångssätt används starka magnetfält för att begränsa het plasma i en anordning som förhindrar att den kommer i direkt kontakt med kärlväggarna. Emellertid förblir plasma vägginteraktioner en oundviklig utmaning, eftersom en del värme och partiklar oundvikligen undkommer instängdhet, särskilt under energetiska övergående händelser. Dessa interaktioner utgör ett betydande problem mot integriteten hos plasmavända komponenter (PFC), som utsätts för extrema värme- och partikelbelastningar. Bland de olika former av skador som orsakas av sådana belastningar är smältskador särskilt oroande på grund av dess potential att allvarligt försämra prestandan och livslängden hos PFC.
För att möta dessa utmaningar utvecklades MEMOS-U-fysikmodellen för att simulera makroskopisk smältrörelse i fusionsmiljöer. MEMOS-U förenklar de beräkningsmässiga tunga termoelektriska magnetohydrodynamiska ekvationerna genom att använda den grunt vatten approximationen, vilket minskar dimensionaliteten av problemet. MEMOS-U har validerats mot en serie dedikerade tokamak-experiment, som visar dess förmåga att fånga de väsentliga egenskaperna hos smältrörelse i fusionsmiljöer.
Med utgångspunkt i MEMOS-U-modellen utvecklades MEMENTO-koden som en modern numerisk implementering utformad för att ytterligare förbättra de förutsägande kapaciteterna hos smältrörelsesimuleringar. MEMENTO utnyttjar AMReX-ramverket för att skapa och underhålla ett oenhetligt, adaptivt rutnät, vilket möjliggör effektiva simuleringar av stora PFC:er över långa tidsskalor. Koden inkluderar lösare för värmeöverföring, strömningsdynamik och strömspropagering, som alla är helt kopplade för att exakt modellera samspelet mellan termisk belastning, smältrörelse och elektromagnetiska effekter.
MEMENTO-koden har validerats mot experimentella data från dedikerade kontrollerade smältexperiment utförda i ASDEX-Upgrade och WEST tokamaks. Prediktiva studier med MEMENTO har gett värdefulla insikter om potentiella smältskador i framtida tokamaks. Sammanfattningsvis representerar MEMENTO ett betydande framsteg i modelleringen av makroskopisk smältrörelse i fusionsmiljöer. Genom att implementera MEMOS-U fysikmodellen i en ny kod tillhandahåller MEMENTO ett tillförlitligt och beräknings-effektivt verktyg som kan förutsäga smältskador i framtida reaktorer för regimer som inte kunde sonderas tidigare.