Radio Wave Heating in SPARC
2025 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
The ongoing climate crisis creates a clear need to develop fossil free energy sources. A promising candidate for sustainable energy production is fusion power, which is still in the research phase. The research field includes, among other things, the development of heating methods capable of achieving the extreme temperatures required for successful fusion. One such heating method is radio wave heating, where radio waves are used to accelerate ions into a state called \textit{fast ions}. These fast ions then transfer energy to other particles through collisions, which contributes to the heating. This study analyzes and compares radio wave heating in two different fusion experiments, JET and SPARC. The purpose of this study is to investigate how knowledge gained from experiments in the fusion reactor JET can be applied to optimize the heating in the upcoming fusion experiment SPARC. This involves identifying conditions to match the fast ion energy and the energy transfer in SPARC with those in JET. With FEMIC and Foppler, two codes developed at KTH Royal Institute of Technology, simulations are performed to model the behavior of fast ions. To match the fast ion behavior in JET and SPARC, a method is developed that involves scaling the input power in SPARC. The study shows similarities in the fast ions energy and energy transfer in JET and SPARC when the input power in SPARC is scaled with a factor K>1. Specific scale factors K are presented for different scenarios, which can be used in future SPARC experiments in the hope of reusing experimental results and insights gained from JET.
Abstract [sv]
Den pågående klimatkrisen skapar ett tydligt behov av att utveckla fossilfria energikällor. En lovande kandidat för fossilfri energiproduktion är fusionskraft, som fortfarande är i forskningsstadiet. Forskningen inom fusion innefattar bland annat att ta fram uppvärmningsmetoder för att uppnå de extrema temperaturer som krävs för att lyckas med fusion. En av dessa uppvärmningsmetoder som används är radiovågsuppvärmning. Här används radiovågor för att accelererera joner till ett stadie som kallas \textit{snabba joner}. Dessa snabba joner överför i sin tur energi till andra partiklar via kollisioner, vilket bidrar till uppvärmning. Denna studie undersöker och jämför radiovågsuppvärmningen i två olika fusionsexperiment, JET och SPARC. Syftet med denna studie är att undersöka hur kunskaper från experiment i fusionsreaktorn JET kan användas för att optimera uppvärmningen i det framtida fusionsexperimentet SPARC. Detta innefattar att ta fram förutsättningar för att matcha de snabba jonernas energi samt energiöverföring i SPARC med JET. Med hjälp av FEMIC och Foppler, två koder utvecklade vid KTH, utförs simuleringar som modellerar de snabba jonernas beteende. För att matcha de snabba jonernas beteenden i JET och SPARC, tas en metod fram som innefattar att skala inputeffekten i SPARC. Studien visar en liknelse i de snabba jonernas energi och energiöverföring i JET och SPARC när inputeffekten i SPARC skalas med en faktor $K>1$. Studien tar fram specifika skalfaktorer $K$ för olika scenarios som kan användas i framtida experiment i SPARC, i hopp om att kunna återanvända experimentresultat och kunskap från JET.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 325-336
Series
TRITA-EECS-EX ; 2025:132
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-376045OAI: oai:DiVA.org:kth-376045DiVA, id: diva2:2033913
Supervisors
Examiners
Projects
Kandidatexamensarbete i Elektroteknik 2025, EECS, KTH2026-01-302026-01-30