Open this publication in new window or tab >>2025 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Fusion power is a promising candidate for providing large amounts of sustainable, planable power to complement other sustainable energy solutions in the future. The tokamak, which is the fusion device furthest along to achieving this goal, confines a hot plasma with the help of magnetic fields. The performance of the tokamak is highly dependent on the performance of a thin region near the plasma edge, called the pedestal. Accurate models for predicting the pedestal behavior is therefore paramount for the optimization of future fusion reactors. The pedestal height is typically limited by the onset of ideal magnetohydrodynamic (MHD) instabilities called edge localized modes (ELMs). In the JET tokamak, it has however been observed that sometimes the pre-ELM pedestal can sometimes be stable to ideal MHD modes.
This thesis investigates the physics which are required to reconcile modeling and experimental results in pedestals which are not marginally unstable to ideal MHD modes when the ELM is triggered. It is shown that a key component that seems to be missing is the lack of resistivity in the MHD modeling. To investigate the impact of resistivity on the MHD modeling, a resistive MHD code has been implemented into the MHD stability frameworks used at JET. Including the resistivity improves the agreement between model and experiment compared to ideal MHD. In particular, the impact of changing the main fuel isotope mass and the impurity content on the pedestal performance is captured when resistive MHD is used.
Abstract [sv]
Fusion är en lovande källa av stora mängder hållbar och planerbar energi som kan kompletera andra hållbara energilösningar i framtiden. Tokamaken, som är det fusionskoncept som har kommit längst på vägen för att uppnå detta mål, innesluter ett varmt plasma med hjälp av magnetiska fält. Tokamakens prestanda är hårt bunden till prestandan hos en liten region nära kanten på plasmat som kallas pedestalen. För att kunna optimera framtida fusionsreaktorer så krävs pålitliga modeller för att förutspå pedestalens beteende. Höjden på pedestalen är oftast begränsad av ideala magnetohydrodynamiska (MHD) instabiliteter som kallas edge localized modes (ELMs). I tokamaken JET, så har det dock obeserverats att pedestalen ibland är stabil mot ideala MHD instabiliteter precis innan en ELM.
Den här avhandlingen undersöker vilken ytterligare fysik som krävs för att försona de teoretiska modellerna med de experimentella resultaten, när pedestalen inte är marginellt instabil mot ideala MHD moder när en ELM utlöses. Det visas att en nyckelkomponent är bristen på resistivitet i MHD modelleringen. För att undersöka effekten av att inkludera resistivitet på MHD modeleringen, så har en resistiv MHD kod blivit implementerad i MHD stabilitetsramverken som används på JET. Inkluderandet av resistivitet leder till att resultaten från simuleringarna stämmer bättre överens med de experimentella resultaten. Inkluderandet av resistivitet i modeleringen låter en även fånga effekten på pedestalen från en ändring av bränsleisotop och föroreningar i plasmat, vilket inte fångas av ideal MHD.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2025. p. ix, 74
Series
TRITA-EECS-AVL ; 2025:93
Keywords
Nuclear fusion, Tokamak, Pedestal, resistive MHD
National Category
Fusion, Plasma and Space Physics
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-372557 (URN)978-91-8106-428-5 (ISBN)
Public defence
2025-12-09, https://kth-se.zoom.us/j/61118773378, F3, Lindstedtvägen 26, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20251110
2025-11-102025-11-102025-11-19Bibliographically approved