Study on the production of a high-power negative ion beam and its photoneutralization for use in Tokamaks

Perrakis Konstantinos

URI	http://purl.tuc.gr/dl/dias/D449C673-8EC7-4E9A-8CC3-6D4667A867CE	-
Identifier	https://doi.org/10.26233/heallink.tuc.84231	-
Language	el	-
Extent	123 σελίδες	el
Title	Μελέτη παραγωγής δέσμης αρνητικών ιόντων μεγάλου ρεύματος - μεγάλης ενέργειας και φωτο-ουδετεροποίησή της για τη χρήση σε αντιδραστήρες Tokamak	el
Title	Study on the production of a high-power negative ion beam and its photoneutralization for use in Tokamaks	en
Creator	Perrakis Konstantinos	en
Creator	Περρακης Κωνσταντινος	el
Contributor [Committee Member]	Λουκάκος Παναγιώτης	el
Contributor [Committee Member]	Loukakos Panagiotis	en
Contributor [Thesis Supervisor]	Moustaizis Stavros	en
Contributor [Thesis Supervisor]	Μουσταιζης Σταυρος	el
Contributor [Committee Member]	Delis Anargyros	en
Contributor [Committee Member]	Δελης Αναργυρος	el
Contributor [Committee Member]	Stavroulakis Georgios	en
Contributor [Committee Member]	Σταυρουλακης Γεωργιος	el
Contributor [Committee Member]	Konsolakis Michail	en
Contributor [Committee Member]	Κονσολακης Μιχαηλ	el
Contributor [Committee Member]	Antoniadis Aristomenis	en
Contributor [Committee Member]	Αντωνιαδης Αριστομενης	el
Contributor [Committee Member]	Sotiropoulos Dimitris	en
Contributor [Committee Member]	Σωτηροπουλος Δημητρης	el
Publisher	Πολυτεχνείο Κρήτης	el
Publisher	Technical University of Crete	en
Academic Unit	Technical University of Crete::School of Production Engineering and Management	en
Academic Unit	Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης	el
Content Summary	Για την θέρμανση του πλάσματος σε μια μηχανής πυρηνικής σύντηξης για παραγωγή καθαρής ενέργειας όπως οι ITER και DEMO, απαιτείται συνεχής παροχή ενέργειας. Μία μέθοδος για να επιτευχθεί αυτό είναι η εισαγωγή στο πλάσμα μιας δέσμης ουδέτερων σωματίων ισοτόπων του υδρογόνου (Neutral Beam Heating). Η παρούσα διατριβή συμβάλλει στην ανάπτυξη μιας μεθόδου παραγωγής δέσμης ουδέτερων σωματίων υδρογόνου μέσω της παραγωγής, επιτάχυνσης και εξαγωγής αρνητικών ιόντων υδρογόνου ιόντων από μια μαγνητικά μονωμένη δίοδο. Στην παρούσα εργασία γίνεται προσομοίωση της διόδου λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες γεωμετρικές και φυσικές παραμέτρους αυτής (εφαρμοζόμενη διαφορά δυναμικού, ένταση μαγνητικού πεδίου) καθώς και του πλάσματος που δημιουργείται μέσα της (θερμοκρασία, είδος και πυκνότητα σωματιδίων) και εκτελούνται αριθμητικοί υπολογισμοί για την επιτάχυνση και την εξαγωγή μιας δέσμης αρνητικών ιόντων. Το πλάσμα της καθόδου από το οποίο εξάγονται τα ιόντα μπορεί να παραχθεί από αλληλεπίδραση λέιζερ με cluster ενώ η μαγνητική μόνωση χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό αρνητικών ιόντων και ηλεκτρονίων. Ένα αριθμητικό μοντέλο δύο ρευστών σε κυλινδρική γεωμετρία περιγράφει την χωροχρονική εξέλιξη των αρνητικών ιόντων και των ηλεκτρονίων μέσα στην δίοδο. Τα αποτελέσματα του κώδικα χρησιμοποιούνται για επιβεβαίωση πειραματικών δεδομένων που αφορούν παλμικές συσκευές υψηλής ενέργειας και υψηλού ρεύματος αρνητικών ιόντων από την διεθνή βιβλιογραφία, προκειμένου να διερευνηθούν οι φυσικές διαδικασίες της εξαγωγής και επιτάχυνσης της δέσμης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο κώδικας παράγει αποτελέσματα που βρίσκονται σε συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα στις αντίστοιχες φυσικές και γεωμετρικές παραμέτρους. Η χρήση λέιζερ προτείνεται επίσης ως μέσο ουδετεροποίησης της δέσμης των αρνητικών ιόντων προς παραγωγή ουδετέρων, με την μέθοδο της φωτο-απόσπασης, με σκοπό αφ' ενός την μεγαλύτερη απόδοση της διάταξης και αφ' ετέρου την επαναχρησιμοποίηση του ίδιου συστήματος λέιζερ τόσο για την παραγωγή του πλάσματος όσο και για την ουδετεροποίηση της δέσμης, με σκοπό την οικονομία κλίμακος. Η πρωτοτυπία της παρούσης εργασίας συνίσταται στο ότι ενώ οι σχετικές επιστημονικές μέθοδοι είναι θεμελιωμένες εδώ και χρόνια, δεν έχουν προταθεί ξανά για εφαρμογή σε μηχανές Tokamak, ενώ γίνεται φανερό ότι παρέχουν συγκριτικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες για την θέρμανση πλάσματος. Η συμβολή στην επιστήμη συνίσταται στην απόδειξη με τη βοήθεια των προσομοιώσεων και της σύγκρισης με πειραματικά αποτελέσματα ότι η μαγνητικά μονωμένη δίοδος μπορεί να παραγάγει μεγάλης ισχύος ουδέτερες δέσμες υδρογόνου ή δευτερίου από ουδετεροποίηση μεγάλης ενέργειας και μεγάλου ρεύματος δέσμης αρνητικών ιόντων.	el
Content Summary	In order to heat the plasma confined in a clean energy fusion reactor power plant, like ITER and DEMO, large amounts of energy are required. One method to achieve this is to inject a neutral beam into the plasma. This thesis contributes to the development of a method to create a neutral hydrogen beam through the formation, acceleration and extraction of a negative ion hydrogen beam from a magnetically insulated diode. This work involves modeling the operation of the diode and performing numerical calculations for the acceleration and extraction of the negative ions. The cathode plasma from which the ions are extracted can be produced by laser-cluster interaction, while the concept of magnetic insulation is used to separate negative ions from electorns. An 2-fluid 1-D code in cylindrical geometry describes the spatio-temporal evolution of the ions and the electrons inside the diode. Results from the code are tested against available experimental data from the international literature concerning pulsed-power devices with high current and high energy negative ions, in order to investigate the natural processes of the formation and extraction of the beam. The numerical results of the code are in good agreement with the experimental data using the appropriate physical and the geometrical parameters of the devices. The use of a laser is also proposed as a means to neutralize the negative ion beam with photodetachment, in order to achieve greater efficiency and cut down costs by reusing equipment. The innovation of this work is that while the relative technologies are long-established, they have not been proposed for use in Tokamaks despite the fact that they offer significant advantages compared to others when it comes to plasma heating. The contribution to science is constituted by proving via simulations that the magnetically insulated diode is a device that can produce a high energy and high current negative ion beam.	en
Type of Item	Διδακτορική Διατριβή	el
Type of Item	Doctoral Dissertation	en
License	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/	en
Date of Item	2020-01-08	-
Date of Publication	2019	-
Subject	high power neutral beam	en
Subject	μαγνητικά μονωμένη δίοδος	el
Subject	αρνητικά ιόντα	el
Subject	1D multi fluid code	en
Subject	Negative ions production	en
Subject	Deuterium plasma	en
Subject	Hydrogen plasma	en
Subject	Magnetically insulated diode	en
Subject	Negative ions	en
Subject	Δέσμη ουδετέρων μεγάλης ισχύος	el
Subject	Κώδικας πολλών ρευστών	el
Subject	Παραγωγή αρνητικών ιόντων	el
Subject	Πλάσμα δευτερίου	el
Subject	Πλάσμα υδρογόνου	el
Subject	Μαγνητικά μονωμένη δίοδος	el
Subject	Αρνητικά ιόντα	el
Bibliographic Citation	Konstantinos Perrakis, "Study on the production of a high-power negative ion beam and its photoneutralization for use in Tokamaks", Doctoral Dissertation, School of Production Engineering and Management, Technical University of Crete, Chania, Greece, 2019	en
Bibliographic Citation	Κωνσταντίνος Περράκης, "Μελέτη παραγωγής δέσμης αρνητικών ιόντων μεγάλου ρεύματος - μεγάλης ενέργειας και φωτο-ουδετεροποίησή της για τη χρήση σε αντιδραστήρες Tokamak", Διδακτορική Διατριβή, Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάς, 2019	el

Search

Browse

My Space

Study on the production of a high-power negative ion beam and its photoneutralization for use in Tokamaks

Perrakis Konstantinos

Available Files

Services

Export

Share

Statistics

Metadata & Content in a METS Package:

Metadata in Format: