MARC

 008250224s2024        us  ||||||||||||||c||eng  d
■001000017163886
■00520250211152805
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798383686553
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31557104
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aGerard,  Michael  J.
■24510▼aOn  the  Optimization  of  the  Helically  Symmetric  Experiment  Stellarator  for  Reduced  Trapped-Electron-Mode  Turbulence.
■260    ▼a[S.l.]▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison.  ▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a207  p.
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Geiger,  Benedikt.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2024.
■520    ▼aMagnetic  confinement  fusion  (MCF)  endeavors  to  provide  a  carbon-free  energy  source  that  can  meet  the  growing  worldwide  energy  demands.  One  of  the  major  challenges  in  MCF  is  the  turbulent  transport  of  heat  and  particles  across  the  confining  magnetic  field,  which  limits  reactor  performance.  The  stellarator  approach  to  MCF  may  provide  an  elegant  solution  to  this  challenge  by  allowing  3D  magnetic  fields,  which,  when  optimized,  may  confine  a  plasma  better  than  other  MCF  devices.In  this  thesis,  a  novel  optimization  approach  is  used  in  which  a  database  of  over  106  ideal  magnetohydrodynamic  equilibria  is  generated.  These  equilibria  are  produced  by  computationally  varying  individual  coil  currents  in  the  Helically  Symmetric  eXperiment  (HSX)  stellarator.  The  database  is  then  used  to  investigate  the  operational  space  surrounding  the  standard  quasi-helically  symmetric  (QHS)  configuration  for  improved  plasma  confinement.  A  set  of  volume-averaged  metrics  is  used  to  quickly  assess  entries  in  this  database.  It  is  found  that  the  favorable  neoclassical  properties  of  the  experiment  can  be  preserved  while  modifying  the  magnetic  field  geometry.  Moreover,  using  the  gyrokinetic  code  GENE,  the  growth  rate  of  the  trapped-electron  mode  (TEM),  which  is  the  dominant  microinstability  driving  turbulence  in  HSX,  is  shown  to  be  reduced  by  increasing  flux-surface  elongation  relative  to  the  QHS  configuration.The  observed  trends  are  leveraged  to  inform  an  expanded  search  in  the  configuration  space  that  includes  configurations  with  spoiled  quasi-helical  symmetry.  It  is  found  that  increased  elongation  reduces  growth  rates  only  when  quasi-helical  symmetry  is  preserved.  GENE-predicted  trends  are  compared  against  the  TEM  available  energy  EA,  a  possible  TEM  optimization  metric.  It  is  found  that  lower  values  of  EA  and  improved  quasi-helical  symmetry  correlate  with  reduced  growth  rates  but  that  neither  predict  the  growth  rate  reduction  observed  with  increasing  elongation.  Using  a  newly  derived  TEM  resonance  operator,  these  trends  are  analyzed  to  provide  insights  into  the  physical  mechanism  of  the  stabilization.  For  elongation,  stabilization  is  attributed  to  geometric  effects  that  reduce  the  destabilizing  particle  drifts  across  the  magnetic  field.  The  TEM  resonance  in  the  maximally  resonant  trapping  well  is  shown  to  increase  as  the  quasi-helical  symmetry  is  broken,  and  breaking  quasi-helical  symmetry  increases  the  prevalence  of  highly  resonant  trapping  wells.  While  these  results  demonstrate  the  limitations  of  using  any  single  metric  as  a  linear  TEM  proxy,  quasi-helical  symmetry  and  plasma  elongation  are  highly  effective  metrics  for  reducing  TEM  growth  rates  in  helical  equilibria.Nonlinear  simulations  are  performed  to  compare  the  QHS  configuration  against  a  high-elongation  quasi-helically  symmetric  (HE-QHS)  configuration.  It  is  found  that  despite  the  HE-QHS  configuration  having  lower  TEM  growth  rates  and  reduced  EA,  its  heat  flux  is  higher  or  comparable  to  QHS,  depending  on  the  background  density  gradient.  Moreover,  quasilinear  (QL)  estimates  of  the  heat  flux  are  shown  to  predict  erroneous  trends  between  geometries.  The  discrepancy  between  nonlinear  simulations  and  QL  estimates  is  due,  in  part,  to  the  self-organization  of  the  turbulent  plasma  into  large-scale  quasi-coherent  density  and  potential  fluctuations,  which  are  driven  by  density-gradient-driven  tearing-parity  TEMs  that  may  be  nonlinearly  coupled  through  the  zonal  flow.  The  physical  mechanism  of  this  process  is  investigated,  and  prospects  for  mitigating  the  impact  of  these  quasi-coherent  fluctuations  by  modifying  the  flux-surface  geometry  in  the  experiment  are  discussed.The  results  in  this  thesis  provide  a  better  understanding  of  TEM  destabilization  and  the  resulting  turbulence  in  low-shear  quasi-helically  symmetric  stellarator  geometries.  This  will  help  inform  new  metrics  and  tools  to  design  next-step  fusion  power  plants.
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aPlasma  physics.
■650  4▼aNuclear  engineering.
■650  4▼aPhysics.
■653    ▼aFusion
■653    ▼aMagnetic  confinement
■653    ▼aMicroinstability
■653    ▼aOptimization
■653    ▼aStellarator
■653    ▼aTurbulence
■690    ▼a0759
■690    ▼a0552
■690    ▼a0605
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bNuclear  Engineering  &  Engineering  Physics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-02B.
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17163886▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서