Durağan elektrostatik hapsetme füzyon reaktörü tasarımı ve iyon davranışlarının belirlenmesi
Design of an inertial electrostatic confinement fusion device and determination of ion behavior
Yazar: BEKİR DURSUN
Danışman: PROF. DR. EROL KURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tezde; yeni bir durağan elektrostatik hapsetme füzyon cihazı tasarımı yapılarak parçacıkların bu cihazda benzetimleri gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. Füzyon cihazı silindirik geometride 3 boyutlu olarak tasarlanmıştır. Cihazın Döteryum gazı içeren hücresinde altı adet katot çubuğu, bir adet merkezi çubuk ve hücre kenarlarında iki adet iyon tabancası bulunmaktadır. Gazın tamamen iyonlaştığı gerilimlerde iyonların ve elektronların birbiriyle, hücre içindeki katot çubuklarıyla ve merkezi çubukla olan etkileşimleri araştırılmıştır. Açıkça ifade edilirse, iyon-iyon, iyon-elektron, elektron-elektron, iyon-hücre ve elektron-hücre etkileşimleri modelde ele alınmıştır. Benzetimlerde farklı sayıdaki iyonların ve elektronların zamana bağlı çözümleri yapılmaktadır. Bunun için hücre içinde parçacık (PIC) metodu ve sonlu elemanlar metodu kullanılmaktadır. Cihaz, yenilik olarak merkezi çubuk yardımıyla iyon ve elektronların hareketini yatay düzlemde tutan bir manyetik hapsetme ünitesi içermektedir. Benzetimler için MatLab'de yeni bir kod algoritması oluşturulmuş ve kod yazımı gerçekleştirilmiştir. Önerilen model, literatürden farklı olarak parçacıklararası etkileşimi tek tek parçacık düzeyinde ele almaktadır. Bundan dolayı literatürdeki görüntü potansiyel yaklaşımı kullanılmamış olup daha gerçekçi bir model ortaya konulmuştur. Manyetik alanın, hareketli iyonların ve elektronların yatay konumlarını düzenlemesinden dolayı daha homojen bir hapsetme sağladığı görülmektedir.

Abstract:
In this thesis, the design of a new inertial electrostatic confinement fusion device and the real-time simulations of the particles have been performed. The fusion device has been designed in a three-dimensional cylindrical geometry. Inside the Deuterium filled chamber, the device has six cathode rods, a central rod and two ion guns at the chamber side. The interactions of ions and electrons with each other and with the cathode and central rods have been explored for the potential values at which the gas has been completely ionized. Strictly speaking, the interactions of ion-ion, ion-electron, electron-electron, ion-chamber and electron-chamber have been considered in the model. Time-dependent solutions of ions and electrons with different numbers have been performed in the simulations. For this aim, particle in cell (PIC) and finite element analysis (FEA) methods have been used. As an innovative unit, the device has a magnetic confinement unit keeping the movements of ions and electrons on the horizontal plane via a central rod. For the simulations, a new algorithm has been produced and the realization of the code has been done. The proposed model handles the interactions of particles one by one. Therefore, the virtual potential approximation of the literature has not been used; in fact a much realistic model has been implemented. It has been observed that the magnetic field provides a homogeneous confinement due to the arrangements of the horizontal positions of moving ions and electrons.