Institutional Repository
Technical University of Crete
Technical University of Crete
EN
|
EL
| 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 |
Copyright © DIAS 2013
