Hidrojen plazmada nötr hidrojen atomlarının transportu
The transport of neutral hydrogen atoms in a hydrogene plasma
Yazar: ÖZLEM ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. M. AKİF ATALAY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Nükleer Enerji Enstitüsü / Nükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering

Özet:
Füzyon araştırmalarında, plazma ortamındaki yüklü parçacıkların yanı sıra, nötrallerin davranışı da büyük önem taşımaktadır. Bu tezde hidrojen plazmada nötr hidrojen atomlarının transportu incelenmiştir. Düşük enerjide (<5keV) ve düşük yoğunlukta ki plazma ortamında, nötr atomların birbirleriyle olan etkileşmeleri ihmal edilerek, kinetik model çerçevesinde lineer Boltzmann denklemi olayın fiziğini tasvir etmek için seçilmiştir. İlgili teknik literatürlerde daha önce çeşitli metotlarla incelenen plazma problemi, bu tez çerçevesinde HN metodu ile çalışılmıştır. Bu metot parçacık ve radyasyon transportunda yaygın olarak kullanılan PN yaklaşımından adapte edilmiş olup, bir diğer dik fonksiyon olan Hermite polinomlannm açılımına dayanmaktadır. Uygulama olarak bir boyutlu geometride yan-sonsuz ve sonlu-dilim geometriyi dolduran plazma model problemleri seçilmiştir. Ele alman sınır şartları, sınırda düzgün ve dağınık yansıma katsayılarını ve sınıra gelen nötrallerin önceden bilinen bir dağılım fonksiyonunu içermektedir. Ayrıca problemin çözüm aşamasında bilinmeyen açılım katsayıları için problemi bir lineer sisteme dönüştürmek amacıyla, Marshak sınır şartı kullanılmıştır. Analitik çözümden sonra, sayısal çözüm aşaması için bir MATHEMATICA kodu geliştirilmiştir. Bu kod yan-sonsuz ve sonlu-dilim geometrileri için nötral dağılımlar ve sınırdaki kısmi akı değerlerini hesaplamaktadır. Bulunan değerlerin literatürdeki diğer metotların sonuçlarıyla uyumlu olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak HK metodunun bu tarz problemler için alternatif bir teknik oluşturduğu görülmüştür. vııı

Abstract:
In fusion research, the behaviour of the neutral atoms plays important role in a plasma medium. In this thesis, the transport of neutral hydrogen atoms has been studied in a hydrogen plasma. In a low-energy ( < 5keV) and low-density plasma, neglecting the interactions between the neutral atoms, the linear Boltzmann equation has been used to describe the physical phenomena in terms of the kinetic model. While this problem has been studied by different methods in the literature before, the HN method is used in this thesis study. It has been adapted from the PN approximation that is commonly used for the particle transport and radiative transfer. Rather, the proposed method here is based on the expansion of the orthogonal Hermite polynomials. The formulation and solution of the problem is provided for the half-space and finite-slab model problems in one-dimension. The specular and diffuse reflections and a given incident distribution function of neutrals have been considered as boundary conditions. Also the Marshak boundary condition has been used to obtain a linear system for the unknown expansion coefficients. Following an analytical solution, a MATHEMATICA code has been developed for the numerical calculations. The code evaluates the neutral distributions and the partial fluxes on the boundaries for the half-space and slab cases. This thesis results agree well with those of other methods of the literature. It is concluded that the HN method is an alternative technique for this class of plasma problems. IX