Experimental distinction of the molecularly induced Balmer emission contribution and its application for inferring molecular divertor density with 2D filtered camera measurements during detachment in JET L-mode plasmas

A previously presented model for generating 2D estimates of the divertor plasma conditions at JET from deuterium Balmer line intensity ratios, obtained from tomographic reconstructions of divertor camera images, was amended to consider also the Balmer emission arising from molecular processes. Utilizing the AMJUEL and H2VIBR atomic and molecular databases of EIRENE enabled also inference of the molecular divertor density from the distinguished molecularly induced emission. Analysis of a JET L-mode density scan suggests the molecularly induced emission accounting for up to 60%-70% and 10%-20% of the Balmer D-alpha and D-gamma intensities, respectively, at the onset of detachment, while electron-ion recombination becomes increasingly dominant with deepening detachment. Similar observations were made by post-processing EDGE2D-EIRENE simulations, which indicated significant roles of molecular D-2(+) ions and vibrational excitation of the D-2 molecules as precursors for the molecularly induced emission. The experimentally inferred molecular density at the outer strike point was found to increase monotonously with decreasing strike point temperature, reaching approximately 30%-50% of the local electron density at n(mol,osp) = 1-2 x10(20) m(-3) at T-e,T-osp approximate to 0.7 eV. A further steep increase by a factor of 3-5 was observed with decrease of T-e,T-osp to 0.5 eV. The observations are in qualitative and reasonable quantitative agreement with EDGE2D-EIRENE predictions of n(mol,osp) within the uncertainties of the experimental data.Peer reviewe

Sosiaali- ja terveyspalvelujen henkilöstötarpeen ennakointi

Hankkeessa on selvitetty sote-henkilöstön ennakoinnin nykytilanne ja kehittämistarpeet sekä ennakoinnin tekoa eräissä muissa maissa. Hankkeessa on laadittu projektiolaskelmia sote-henkilöstön tarpeen ja tarjonnan kehityksestä vuoteen 2040 mennessä. Ne on toteutettu täydentämällä palvelutarpeen kehitystä arvioivan SOME-mallin ja työmarkkinoita ja kansantaloutta kuvaavan FINAGE-mallin tietokantoja työssäkäyntiä kuvaaviin tilastoihin. Työvoimatarpeen mallinnus yhdistää siten palvelutarpeen ennakoidun kehityksen eri palvelumuotojen tuottamiseen tarvittavan työvoiman ammatti- ja koulutustietoon. Sote-henkilöstön tarjontaa on arvioitu yhdistämällä arviot nykyisten ja tulevien sote-koulutettujen sekä maahanmuuton määristä uraprofiileihin, jotka kuvaavat sote-koulutettujen siirtymiä eri ammatteihin ja työvoiman ulkopuolelle. Työvoiman tarpeen ja tarjonnan arviot yhdistämällä arvioidaan sote-ammattiryhmien muutostarvetta tulevaisuudessa. Hankkeen keskeisiä tulemia on, että nopea demografinen muutos kasvattaa palvelutarvetta ja muuttaa tarvittavien palvelujen rakennetta nykytoimintatapojen valossa työvoimaintensiivisempään suuntaan. Tämä saattaa johtaa kuiluun tarjonnan ja kysynnän välillä eräiden ammattiryhmien osalta. Työvoimatarvetta tulisi kuitenkin tarkastella koko kansantalouden tasolla, koska lähes neljännes sote-ammattilaisista työskentelee sote-sektorien ulkopuolella.Tämä julkaisu on toteutettu osana valtioneuvoston selvitys- ja tutkimussuunnitelman toimeenpanoa.(tietokayttoon.fi) Julkaisun sisällöstä vastaavat tiedon tuottajat, eikä tekstisisältö välttämättä edusta valtioneuvoston näkemystä

Micro-NRA and micro-3HIXE with He-3 microbeam on samples exposed in ASDEX Upgrade and Pilot-PSI machines

Micro nuclear reaction analysis (micro-NRA) exploiting the nuclear reaction D(3He,p)4He was used for post-mortem analyses of special marker samples, exposed to deuterium plasma inside ASDEX Upgrade (AUG) tokamak and to the deuterium plasma jet in the Pilot-PSI linear plasma gun. Lateral concentration profiles of deuterium and erosion/deposition profiles of the marker materials were obtained by a combination of micro-NRA and particle induced X-ray emission by 3He beam (3HIXE). In the case of AUG samples, where 25 nm thick W marker layers had been deposited on unpolished and polished graphite substrates, the effect of surface roughness on local erosion and deposition was also investigated. The lateral distribution of W concentration showed that erosion is much more distinct in the case of polished samples and the resulting surface shows a “leopard” skin pattern of W accumulated on carbon aggregates left on the surface from polishing. The Pilot-PSI samples indicated preferential accumulation of deuterium a few mm off from the centre of the region affected by the plasma beam. This is connected with the largest surface modifications while the thick deposited layers at the centre do not favour deuterium retention per se. The results were cross correlated with those obtained using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). With its quantitative abilities, micro-NRA provided essential calibration data for in situ LIBS operation, as well as for complementary post mortem Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS)Micro nuclear reaction analysis (micro-NRA) exploiting the nuclear reaction D(He-3,p)He-4 was used for post-mortem analyses of special marker samples, exposed to deuterium plasma inside ASDEX Upgrade (AUG) tokamak and to the deuterium plasma jet in the Pilot-PSI linear plasma gun. Lateral concentration profiles of deuterium and erosion/deposition profiles of the marker materials were obtained by a combination of micro-NRA and particle induced X-ray emission by He-3 beam (3HIXE). In the case of AUG samples, where 25 nm thick W marker layers had been deposited on unpolished and polished graphite substrates, the effect of surface roughness on local erosion and deposition was also investigated. The lateral distribution of W concentration showed that erosion is much more distinct in the case of polished samples and the resulting surface shows a "leopard" skin pattern of W accumulated on carbon aggregates left on the surface from polishing. The Pilot-PSI samples indicated preferential accumulation of deuterium a few mm off from the centre of the region affected by the plasma beam. This is connected with the largest surface modifications while the thick deposited layers at the centre do not favour deuterium retention per se. The results were cross correlated with those obtained using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). With its quantitative abilities, micro-NRA provided essential calibration data for in situ LIES operation, as well as for complementary post mortem Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS). (C) 2017 EURATOM. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.Peer reviewe

Spectroscopic measurements of impurity migration, deposition and fuel retention in fusion devices

Understanding impurity transport in the scrape-off layer (SOL) plasma in tokamak fusion devices is essential in predicting the retention of the fusion fuel on the plasma-facing surfaces – especially in ITER and future reactors, where the fuel mixture contains radioactive tritium. Therefore, diagnostics methods for measuring the SOL plasma flows and monitoring the amount and spatial distribution of the retained fuel are required. Plasma flows were inferred indirectly in the high-field side (HFS) SOL of the ASDEX Upgrade tokamak by means of Doppler spectroscopy of injected nitrogen (N) ions. The measurements were performed in low-power L-mode discharges with different degrees of HFS divertor detachment. The results suggest impurity flows away from the HFS divertor in the near SOL in high-recycling conditions and towards the HFS divertor across the SOL in detached conditions. The physical phenomena driving the SOL flows of deuterium (D) on the HFS were studied by the SOLPS 5.0 code in a generic density and power scan. The near-SOL flows were found to correlate with the poloidal SOL pressure asymmetries. As measured for N ions, reversal of the near-SOL flow was observed in high-recycling conditions, coinciding with the dominance of HFS pressure over the low-field side (LFS) pressure. The HFS pressure peak was built up as a combination of localized ionization of the recycled D and drift-driven radial transport. At high input powers, the reversal of the flow spread also into the far SOL due to radial momentum transport. Despite the qualitative agreement between the measured N and simulated D flow patterns, ERO simulations of the N2 injection suggested poor entrainment of the N ions with the D flow and inadequate quantitativity of the measurements. The description of the detachment of the HFS divertor in SOLPS 5.0 was improved by applying a convection-dominated radial ion transport model, mimicking non-diffusive radial transport phenomena. This resulted in improved confinement of the high-field side high-density front in the HFS divertor in agreement with spectroscopic measurements, allowing to increase the neutral fuelling with the D2 injection in the experiment. Consequently, the significant decrease of the HFS target ion flux in detachment was reproduced, consistent with the target probe measurements. Applicability of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for in situ monitoring of fuel retention in ITER was investigated by studying different ITER-relevant samples containing beryllium (Be) with an experimental set-up built at VTT Technical Research Centre of Finland. The retained D was distinguished from hydrogen in vacuum and at low ambient pressures, while the distinction could not be made at atmospheric pressures, planned for measurements in ITER, due to line broadening. LIBS was also successfully used for determining the relative concentrations of Be and W in a mixed coating and the qualitative deposition profiles of Be and D across the HFS divertor of the JET tokamak in agreement with secondary ion mass spectrometry (SIMS).Epäpuhtauksien kulkeutumisen tuntemus tokamak-fuusioreaktoreiden reunaplasmassa (scrape-off layer, SOL) on tärkeää fuusiopolttoaineen loukkuuntumisen ennustamisen kannalta – erityisesti ITERissä ja tulevaisuuden reaktoreissa, joissa osa polttoaineesta on radioaktiivista tritiumia. Tämä asettaa vaatimuksen diagnostiikkamenetelmien kehittämiselle SOL-plasmavirtausten mittaamiseksi ja loukkuuntuneen polttoaineen määrän ja sijoittumisen valvomiseksi. Plasmavirtauksia mitattiin epäsuorasti korkean kentän puolen (high-field side, HFS) SOL:ssa ASDEX Upgrade –tokamakissa käyttäen Doppler-spektroskopiaa injektoiduille typpi-ioneille (N). Mittaukset suoritettiin matalan tehon L-moodipurkauksissa eriasteisilla HFS-diverttorin erkaantumisilla. Tulokset viittasivat lähi-SOL:n epäpuhtausvirtauksiin poispäin HFS-diverttorista korkean kierrätyksen oloissa ja virtaukseen kohti HFS-diverttoria erkaantuneissa oloissa. Deuteriumin (D) HFS SOL –virtauksia ajavia fysikaalisia ilmiöitä tutkittiin tiheys- ja tehoskannauksilla SOLPS 5.0 -koodilla. Lähi-SOL:ssa virtausten havaittiin korreloivan SOL-plasman paine-epäsymmetrioiden kanssa. Kuten mittauksissa havaittiin N-ioneille, virtausten suunta kääntyi lähi-SOL:ssa korkean kierrätyksen oloissa, jolloin HFS-paine dominoi poloidaalista jakaumaa. HFS-painehuippu muodostui kierrättyneen D:n paikallisen ionisaation ja plasman radiaalisten ajautumisten yhdistelmänä. Korkeilla tehoilla virtauksen suunnanmuutos ilmeni myös kauko-SOL:ssa radiaalisen liikemääräkulkeutumisen vuoksi. Vaikka mitatut N- ja simuloidut D-virtaukset käyttäytyivät kvalitatiivisesti samalla tavalla, N2-injektion ERO-simulaatiot viittasivat N-ioneiden huonoon tasapainottumiseen D-virtauksen kanssa ja mittausten riittämättömään kvantitatiivisuuteen. HFS-diverttorin erkaantumisen kuvausta SOLPS 5.0:ssa parannettiin käyttämällä lähes täysin konvektiivista mallia radiaaliselle ionikulkeutumiselle imitoiden epädiffuusiivisia kulkeutumisilmiöitä. Tämä paransi HFS-puolen korkean tiheyden alueen koossapitoa HFS-diverttorissa spektroskopisten mittausten mukaisesti ja salli neutraalin D2-polttoaineinjektion kasvattamisen kokeellisten arvojen mukaisesti. Tämän seurauksena erkaantumisen yhteydessä havaittu HFS-kohtion ionivuon merkittävä pieneneminen saavutettiin koetulosten mukaisesti. Laserindusoidun plasmaspektroskopian (laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS) soveltuvuutta polttoaineen loukkuuntumisen in situ –valvontaan ITERissä tarkasteltiin tutkimalla erilaisia ITER-relevantteja berylliumpitoisia näytteitä VTT:n tiloihin rakennetulla koelaitteistolla. Loukkuuntunut D erotettiin vedystä tyhjössä ja matalissa paineissa, kun taas ilmanpaineessa, jossa ITERin mittaukset on suunniteltu tehtävän, spektriviivojen leveneminen esti erottamisen. Myös sekamateriaalipinnoitteen suhteelliset Be- ja W-pitoisuudet sekä Be:n ja D:n kvalitatiiviset kerrostumaprofiilit JET-tokamakin HFS-diverttorissa määritettiin LIBS:llä yhtenevästi sekundääri-ionimassaspektrometriamittausten (SIMS) kanssa

Laserindusoidun plasmaspektroskopian kehittäminen ITERin ensiseinämän kerrostumien analysointiin

Formation of different mixed deposited layers can degrade the performance level of plasma-facing components and enhance fuel retention in future fusion reactors. Thus, first walls of the reactors should be actively monitored in between plasma discharges to determine the locations, thicknesses, and material compositions of the mixed layers. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), where the spectrum emitted in a laser-induced ablation process is studied, is a potential method for such in-situ studies. In this thesis, the feasibility of LIBS on analyzing ITER-relevant material mixtures was tested. The results were compared with data obtained by the standard ion-beam methods Rutherford backscattering spectroscopy (RBS), nuclear reaction analysis (NRA), and secondary ion mass spectrometry (SIMS). For the experiments, various 500-2500-nm thick coatings with different Be/W ratios were produced by the TVA method at MEdC, Romania. To investigate fuel retention in these coatings, part of the samples were doped with deuterium during their deposition, and some samples were implanted with 200-eV deuterons at IPP Garching. By studying the evolution of intensities of selected spectral lines, the depth profiles of Be and W were found to match with the SIMS profiles. The elemental composition of the mixed layers was determined using the Calibration-Free LIBS method (CF-LIBS), and the results agreed well with those obtained by RBS. Only the implanted coatings contained enough deuterium for reliable analysis. Due to limitations in the laser fluence, the retention studies in this work were done just by using SIMS and NRA. The results indicated that the implantation depth of D is independent of the thickness of the coating but depends on its composition: in pure Be coatings, the D signal vanished after 300 nm, whereas D was present throughout the Be-W layers. The ablation rate of the mixed layers was found to be slightly higher than those of pure Be coatings, indicating a degraded structure of the W-rich alloys compared to bulk Be. For the D-implanted samples, the ablation rates were further increased due to lattice defects caused by D bombardment. The results show that LIBS is a feasible method for both qualitative and quantitative in-situ studies of mixed deposited layers in fusion devices. However, in future studies a larger laser fluence is required for detection of deuterium.Erilaisten sekamateriaalikerrosten muodostuminen voi lyhentää huomattavasti tulevaisuuden fuusioreaktorien ensiseinämäkomponenttien elinikää ja edistää polttoaineen loukkuuntumista niihin. Tämän vuoksi ensiseinämän tutkimisen tulisi olla mahdollista plasmapurkausten välissä, jotta kerrostumien sijainnit, paksuudet ja koostumukset saataisiin selvitettyä. Laserindusoitu plasmaspektroskopia (LIBS), jossa tutkitaan laserpulssien aikaansaamassa ablaatioprosessissa syntyvää emissiospektriä, on potentiaalinen menetelmä tällaisiin in situ -mittauksiin. Tässä diplomityössä on testattu LIBSin soveltuvuutta ITERin sekamateriaalien analysoimiseen. Tuloksia vertailtiin Rutherfordin takaisinsirontaspektroskopialla (RBS), ydinreaktioanalyysilla (NRA) ja sekundääriionimassaspektrometrialla (SIMS) saatuun dataan. Kokeita varten romanialainen MEdC-assosiaatio valmisti TVA-menetelmällä erilaisia 500-2500 nm:n Be-W-pinnotteita. Polttoaineen loukkuuntumisen tutkimiseksi osa näytteistä valmistettiin deuteriumpitoisiksi ja osa implantoitiin 200 eV:n deuteriumioneilla IPP-instituutissa Garchingissa. Tutkimalla Be:n ja W:n spektriviivojen intensiteettien kehitystä aineiden syvyysprofiilien havaittiin täsmäävän SIMS-tulosten kanssa. Sekamateriaalikerrosten alkuainekoostumus määritettiin CF-LIBS -menetelmällä (Calibration-Free LIBS), ja tulokset olivat hyvin samanlaiset kuin RBS:llä määritetyt konsentraatiot. Vain implantoidut näytteet sisälsivät tarpeeksi deuteriumia luotettavaan analyysiin. Lasersäteen rajallisen energiatiheyden vuoksi tämän työn loukkuuntumistutkimukset tehtiin käyttämällä vain SIMSiä ja NRA:ta. Tulosten perusteella deuteriumin implantaatiosyvyys ei riipu pinnoitteen paksuudesta vaan sen koostumuksesta: puhtaissa Be-pinnotteissa D-signaali hävisi 300 nm:n jälkeen, kun taas Be-W-kerroksissa signaali näkyi läpi pinnoitteen. Sekamateriaalien ablaationopeuden havaittiin olevan hieman suurempi kuin puhtaiden Be-pinnoitteiden, mikä viittaa W-pitoisten seosten heikompaan rakenteeseen. Dpommituksessa syntyneiden hilavirheiden vuoksi D:llä implantoitujen näytteiden ablaationopeudet olivat edelleen suuremmat kuin implantoimattomien näytteiden. Tulosten perusteella LIBS soveltuu fuusioreaktorien sekamateriaalikerrostumien kvalitatiiviseen ja kvantitatiiviseen in situ -tutkimukseen. Tulevaisuuden kokeissa deuteriumin havaitsemiseen tarvitaan kuitenkin suurempi lasersäteen energiatiheys