Bayesiaanse geïntegreerde bepaling van de effectieve ionaire lading via remstralings- en ladingsuitwisselingsspectroscopie in tokamakplasma's

Dit doctoraatswerk is gekaderd in de ontwikkeling van gecontroleerde thermonucleaire fusie als een schone, veilige en nagenoeg onuitputtelijke energiebron. Het is geconcentreerd op magnetische opsluiting in de tokamakconfiguratie. In een eerste, experimenteel gedeelte werd een nieuwe diagnostiek ontwikkeld voor remstralingsspectroscopie in het zichtbare aan de TEXTOR-tokamak (Institut fuer Plasmaphysik, Forschungszentrum Juelich, Duitsland). De diagnostiek voorziet 24 zichtlijnen gekoppeld aan een gekoelde CCD-camera, waardoor de voordelen van zowel een relatief hoge tijdsresolutie als ruimtelijke resolutie worden gecombineerd. Emissiviteitsprofielen van remstraling kunnen gereconstrueerd worden door een Abel-inversie. De betrouwbaarheid van de gereconstrueerde profielen werd vergroot door Tikhonov- en Maximum Entropie-regularisatie. Op die manier kunnen samen met profielen van de elektrondichtheid en de elektrontemperatuur, profielen voor de effectieve ionaire lading Zeff afgeleid worden. Een nieuwe methode voor de relatieve calibratie van het systeem werd bedacht en getest, gebaseerd op de consistentievereiste van profielen onder een verandering van zichtgeometrie. In een tweede deel van het doctoraatswerk werd Bayesiaanse waarschijnlijkheidsrekening gebruikt met het oog op de oplossing van het aloude probleem van de incompatibiliteit van Zeff-schattingen afgeleid uit remstralingsspectroscopie enerzijds en uit de gewogen sommatie van individuele onzuiverheidsconcentraties verkregen door ladingsuitwisselingsspectroscopie (CXS) anderzijds. Een probabilistisch model werd opgezet dat metingen van zowel remstralingsspectroscopie als CXS integreert. Inherente statistische en systematische onzekerheden in de metingen werden op een behoorlijke manier in rekening gebracht. Hierdoor werd het mogelijk een meest waarschijnlijke waarde voor Zeff op de magnetische as af te leiden, die consistent is met beide sets metingen en met kleinere foutenmarges dan voordien. Het uiteindelijke doel is de betrouwbaarheid en robuustheid van Zeff-profielen te verbeteren over de volledige plasmadoorsnede, terwijl consistentheid met alle beschikbare ruwe metingen behouden blijft. Een gelijkaardige Bayesiaanse analyse kan toegepast worden op vele (sets van) fusiediagnostieken en dit heeft een aanzienlijk potentieel om in het fusieonderzoek de algemene consistentie en nauwkeurigheid van data te verbeteren

Nonlinear Dynamics

This volume covers a diverse collection of topics dealing with some of the fundamental concepts and applications embodied in the study of nonlinear dynamics. Each of the 15 chapters contained in this compendium generally fit into one of five topical areas: physics applications, nonlinear oscillators, electrical and mechanical systems, biological and behavioral applications or random processes. The authors of these chapters have contributed a stimulating cross section of new results, which provide a fertile spectrum of ideas that will inspire both seasoned researches and students

Modelling of power exhaust in fusion plasmas

This PhD thesis deals with the thorny problem of “Modelling of power exhaust in fusion plasmas”, a challenge concerning the development of a system able to withstand the large loads expected in the fusion power plant divertor. After an introduction to fusion and to the key concepts modelling the behaviour of the plasma during plasma-surface interactions and describing the power exhaust, an overview of the state-of-the-art in the research field on power exhaust is given. A brief introduction on theoretical basis of the plasma boundary reconstruction precedes the author first contribution in the design and vertical stability analysis of plasma alternative magnetic configurations for a demonstration fusion power plant (DEMO). The second contribution concerns an assessment of the DEMO divertor target tiles lifetime in case of strike-point sweeping. This technique is one of the most promising candidate solution to the power exhaust issue but its main drawback is related to the periodical heating and cooling of the plasma facing components inducing the thermal-fatigue phenomenon. To evaluate the lifetime of the DEMO divertor target tiles, different 2D and 3D thermo-mechanical models are presented. Finally, a preliminary analysis on the wobbling technique applied to a DEMO Double Null plasma magnetic configuration is illustrated