Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Riccardo Iorio

Väitöskirjan nimi: Particle scattering in magnetized plasmas: a theoretical and numerical approach

Tohtoriopiskelija: Riccardo Iorio
Vastaväittäjä: Dosentti István Pusztai, Chalmers tekniska högskola (Chalmers), Ruotsi
Kustos: Prof. Mathias Groth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Tutkitaan plasmaa ihmeiden näkökulmasta: Matka ydinfuusion ihmeisiin 

Tämä tutkimusseikkailu syventyy varauksellisten hiukkasten lumoavaan maailmaan plasmassa, paljastaen arvokkaita oivalluksia yhdistämällä teoreettisia ja numeerisia menetelmiä. Tutkimus osallistuu jatkuvasti kehittyvään ydinfuusion tutkimusmatkaan, joka alkoi 1950-luvulla tokamak-konseptin esittelyllä. 

Aloittaen pohdinnalla Vlasovin yhtälön muodollisesta johdannosta, väitöskirja kulkee läpi Coulombin sirontan ja Landau'n törmäysintegraalin monimutkaisuudet käyttäen epätavanomaista neoklassista teoriaa toroidaalisille järjestelmille. Tämä luo perustan seuraaville numeerisille tuloksille. 

Tutkiessaan, miten törmäykset muokkaavat plasman dynamiikkaa, väitöskirja tarjoaa uusia näkökulmia ydinfuusion tutkimukseen. Yksi huomionarvoinen löytö korostaa turbulenssin lisääntynyttä vaikutusta tietyissä tokamak-järjestelmissä, erityisesti tutkiessaan turbulentin kuljetuksen ja radiaalisen sähkökentän yhteyttä. Tämä tuo esille, miten epäpuhtauden tiheyden vaihtelut vaikuttavat gyrokinettisiin simulointeihin. Yhtä merkittävää on vahvan shearing-ilmiön tunnistaminen jalustan alueella, jolla on vaikutuksia kuljetuksen palauttamiseen neoklassiseen tasapainoon. Nämä löydökset syventävät paitsi ymmärrystämme plasman käyttäytymisestä, myös viittaavat käytännön sovelluksiin, erityisesti plasman dynamiikan optimoinnissa käyttäen menetelmiä kuten Lower Hybrid -lämmitys ja turbulentin kuljetuksen hallinta eri radiaalisissa sijainneissa. Tämä tarjoaa mahdollisia ratkaisuja nykyaikaisten fuusiolaitteiden nykyisiin rajoituksiin. 

Väitöskirja saavuttaa huippunsa kollisio-braketin muodollisella johdannolla, sovellettuna ohjaimen keskuksen Vlasov-Maxwell-Landau-malliin. Tämä teoreettinen läpimurto varmistaa energian ja liikemäärän säilymisen, laajemmilla vaikutuksilla elektromagneettiseen gyrokinetiikkatapaukseen. Sekä teoreettisesta että numeerisesta näkökulmasta tämä saavutus vahvistaa tutkimuksen perustaa, osoittaen paitsi käsitteellistä selkeyttä myös johdannetun kollisio-braketin käytännön sovellettavuuden numeerisissa simuloinneissa. 

Tämä tutkimus tarjoaa kiehtovan matkan ydinfuusion maailmaan, tekee monimutkaisista käsitteistä ymmärrettäviä ja paljastaa innostavia mahdollisuuksia tulevaisuuden tutkimukselle, syventäen ymmärrystämme ja avaamalla uusia näköaloja

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52

Avainsanat: Plasmadynamiikka, ydinfuusio, magneettikonfinaatio, Hamiltonin menetelmät, Coulombin törmäykset