Alahybridiaaltojen mooditransformaatiot tokamakeissa

Tällä hetkellä lupaavin laite magneettiseen koossapitoon perustuvalle fuusioreaktorille on tokamak. Plasman koossapitoon tarvittava toroidaalinen plasmavirta voidaan indusoida muuntajan tavoin, jolloin plasma on muuntajan toisiopiirinä. Koska muuntaja ei voi indusoida virtaa jatkuvasti, on käytettävä myöskin ei-induktiivista virranajoa. Radiotaajuusaaltojen käyttö on eräs tapa generoida virtaa. Tässä työssä tutkittiin alahybridiaaltojen käyttöä virranajoon tokamakeissa. Alahybridiaaltojen taajuusalueella on olemassa kaksi eri aaltomoodia, hidas ja nopea aalto. Tietyissä oloissa hidas aalto voi muuntua nopeaksi aalloksi. Nämä alahybridiaaltojen mooditransformaatiot ovat mielenkiintoisia, koska nopean aallon absorboitumis- ja etenemisominaisuudet poikkeavat hitaan aallon vastaavista ominaisuuksista. Alahybridiaaltojen etenemistä plasmassa simuloidaan ns. säteenseurantayhtälöiden avulla. Tässä työssä käytettiin nopeaa säteenseurantakoodia (FRTC), kvasi-toroidaalista säteenseurantakoodia (QRTC) ja analyyttistä säteenseurantamallia. Tehoabsorptio- ja virrantiheysspektrit laskettiin käyttämällä transport-koodi ASTRA:a, joka on kytketty FRTC-koodiin. Aiemmin julkaistuissa tutkimuksissa on todettu, että mooditransformaatio on huono asia, koska nopeat aallot etenevät aina ainoastaan plasman reunalla menettämättä energiaansa. Aiemmasta poiketen tässä työssä on kuitenkin havaittu, että ne pystyvät etenemään ja absorboitumaan myös ITER- ja JET-tokamakien plasman keskustassa muuttaen samalla niiden pikkusäteensuuntaista tehoabsorptiota. Yhdensuuntaisen taitekertoimen ja plasman tiheyden todettiin vaikuttavan kaikkein eniten mooditransformaatioiden määrään. FRTC- ja QRTC-koodeilla tehdyt simuloinnit mooditransformaatioista antoivat hyvin samanlaisia tuloksia tukien uutta käsitystä mooditransformaatioiden merkityksestä alahybridiaaltojen virranajossa. Analyyttisen säteenseurantamallin todettiin olevan pätevä nopeasti absorboituvien säteiden analysointiin