Alahybridigrillin sähkömagneettinen hiukkassimulointimalli

Plasmafysiikan ongelmat ovat hyvin monimutkaisia johtuen mm. plasman epälineaarisuudesta sekä aaltojen ja hiukkasten vuorovaikutuksesta. Tietokonesimulaatioita käytetäänkin runsaasti plasmafysiikan tutkimuksessa ja teorian kehittämisessä, koska plasmafysiikan kokeellinen tutkimus on sekä kallista että vaikeaa toteuttaa. Simulaatioista on tullut myös tärkeä työkalu tutkittaessa alahybridigrillin toimintaa. Tokamakissa vierekkäisten vaiheistettujen aaltoputkien muodostama alahybridigrilli eksitoi plasmaan alahybridiaallon, joka on sähkömagneettinen radiotaajuusaalto. Se kuumentaa sekä ioneja että elektroneja. Tässä työssä tutkittiin alahybridiaallon kytkeytymistä plasmaan ja aallon heijastumista grillin suulta. Tarkasteltavan grillin parametreina käytettiin Alcator C tokamakin parametreja. Alahybridigrillin simulointiin käytettiin XOOPIC-ohjelmaa, joka on relativistinen ja sähkömagneettinen oliopohjainen particle-in-cell; eli PIC-koodi. Grillin heijastuskertoimia mitattiin eri aaltoputkien vaihe-eroilla, ja tuloksia verrattiin ns. Brambillan teorialla laskettuihin kertoimiin. Simulointien tuloksina saadut heijastuskertoimien arvot vastasivat hyvin teorian ennustamia arvoja, ja mittaukset todistivat grillin PIC-mallinnuksen toimivaksi. Lisäksi työssä tarkasteltiin aaltoputkissa kulkevia sähkökentän komponentteja ja simulaatioissa syntyvää hiukkasten aiheuttamaa häiriötä. Grillin suulta heijastuva aalto sisältää TEM ja TM komponentit. TM moodin vaimeneva ominaisuus nähtiin selvästi simuloinneissa. Sähkökentän amplitudeja tutkittiin myös grillin edessä Tore Supra grillin parametreilla. Numeerinen ja fysikaalinen häiriö osoittautui suureksi ongelmaksi simuloinneissa. Signaali/häiriö suhdetta parannettiin erilaisilla menetelmillä, simuloinneissa käytettiin mm. Fourier suodatusta