24.5.2022 Plasman, aineen neljännen olomuodon, epästabiilisuuksien ratkaiseminen (Bhaskar)

Plasmaa, joka on kokoelma vapaasti liikkuvia ioneja, elektroneja ja neutraaleja, kutsutaan usein "aineen neljänneksi olomuodoksi". On arvioitu, että 99,9 prosenttia näkyvästä maailmankaikkeudesta on plasmaa, ja sitä muodostuu luonnollisesti auringossa, aurinkotuulessa, Maan magnetosfäärissä, tähtienvälisessä avaruudessa, pulsareissa ja jopa mustien aukkojen ympärillä. Tässä väitöstyössä tutkittiin laboratorio-olosuhteissa magneettisesti vangitun ja elektronisyklotroniresonanssilla (ECR) tuotetun plasman käyttäytymistä.

Julkaistu

24.5.2022

Tässä tutkimuksessa magneettisesti vangittu plasma muodostettiin ECR-tyyppisellä ionilähteellä, joita käytetään korkeasti varattujen ionien (HCI) tuottamiseen erilaisissa sovelluksissa, kuten atomi- ja ydinfysiikan kokeissa, syövän sädehoidossa, hiukkasfysiikan kokeissa jne. Laitteella tuotetussa plasmassa esiintyy kineettisiä epästabiilisuuksia, jotka merkittävästi rajoittavat korkeasti varattujen ionien tuotantoa.

Lisäksi on jo pitkään tunnustettu, että kineettisten epästabiilisuuksien hallinta on yksi haastavimmista kysymyksistä korkean lämpötilan fuusioplasmojen ja lääketieteellisten kiihdyttimien kehittämisessä. Tämän vuoksi tässä työssä keskityttiin tutkimaan ja ymmärtämään mekanismeja, jotka laukaisevat edellä mainitut epästabiilisuudet ECR-plasmoissa. Tämän työn kokeelliset mittaukset suoritettiin viidellä eri ionilähteellä arvostetuissa tutkimuslaitoksissa Suomessa, Ranskassa ja Kiinassa.

Tämä väitöstyö on yhdistelmä tietokonesimulaatioita, kokeellisia mittauksia ja data-analyysiä, jonka tuloksena saatiin syvällisempi käsitys magneettikentän ja kuuman elektronipopulaation roolista kineettisten epästabiilisuuksien syntymisessä. Yksi kokeellisista kampanjoista johti myös ensimmäiseen kattavaan tutkimukseen erityisestä plasman epästabiilisuusilmiöstä - epästabiilisuuksien ryhmittymisestä - joka on havaittu aiemmin ainoastaan avaruus- ja magnetosfääriplasmoissa.

Tutkimus on antanut vastauksia useisiin perustavanlaatuisiin kysymyksiin, jotka koskevat kineettisten epästabiilisuuksien kehittymistä ECR-plasmoissa. Tuloksia voidaan soveltaa muun muassa suunniteltaessa tulevaisuuden ionilähteitä. Kokeelliset tulokset epästabiilisuustapahtuman aikana vapautuvan energian fundamentaalista rajoittumisesta antavat motivaatiota plasman epästabiilisuuksien teoreettiseen tutkimukseen. Tämä on olennaisen tärkeää, kun pyritään ymmärtämään plasman epästabiilisuuteen liittyviä mekanismeja myös muissa magneettisesti vangituissa plasmoissa kuten ydinfuusiossa käytetyissä tokamakeissa, sekä avaruusplasmojen tutkimuksissa.

Väitöskirja on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten JYU Dissertations-sarjassa, 516, Jyväskylä 2022.
ISBN 978-951-39-9137-1 (PDF); URN: ISBN:978-951-39-9137-1 ja ISSN 2489-9003.

Linkki julkaisuun:

M.Sc. Bichu Subhash Bhasi Bhaskarin väitöskirjan "Experimental study on kinetic instabilities in electron cyclotron resonance heated plasma" tarkastustilaisuus on tiistaina 24.5.2022 klo 12 alkaen. Vastaväittäjänä on Senior Researcher Pierre Delahaye (GANIL, Ranska) ja kustoksena professori Iain Moore Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Työn ohjaajina ovat toimineet yliopistonlehtori Hannu Koivisto (Jyväskylän yliopisto) ja Research Engineer Thomas Thuillier (LPSC-CNRS/IN2P3-UGA, Ranska). Työhön liittyy Cotutelle-sopimus väitöskirjan yhteisohjauksesta Jyväskylän yliopiston ja Université Grenoble Alpesin välillä.

Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta väitössalissa (YAA303) tai verkkovälitteisesti.

Linkki suoraan lähetykseen (Moniviestin):

Ģ��ֱ��

24.5.2022 Plasman, aineen neljännen olomuodon, epästabiilisuuksien ratkaiseminen (Bhaskar)

Jaa tämä artikkeli