25.05.2018
Väitös

31.8.2018 Plasman ymmärtäminen avaa ovet tulevaisuuden hiukkaskiihdyttimille (Sakieldien)

Aika:

31.8.2018 12:00 — 15:00


Sijainti: Ylistonrinne , FYS1
Tiedote: 31.8.2018 Plasman ymmärtäminen avaa ovet tulevaisuuden hiukkaskiihdyttimille (Sakieldien)
Tunnetusta aineesta 99 % on olomuodoltaan plasmaa. Kun kehitetään tulevaisuuden fuusioenergiaratkaisuja ja entistä tehokkaampia ionilähteitä hiukkaskiihdyttimille, on tärkeää ymmärtää, kuinka plasma käyttäytyy. Uusia fuusioenergiamuotoja ja hiukkaskiihdyttimiä voidaan puolestaan käyttää sekä sovelluksiin että ydinfysiikan perustutkimukseen.

Moenir Sakieldien tarkasteli fysiikan alan väitöstyössään elektronisyklotroniresonanssi-ionilähteiden (ECR-ionilähde) plasmassa tapahtuvia prosesseja. Plasma on aineen olomuoto, joka koostuu sähköisesti varatuista hiukkasista: elektroneista ja positiivisista ioneista.

Sakieldien etsi mitattavia suureita, joita voidaan käyttää vertailtaessa simulaatiomalleja kokeellisiin mittauksiin.

– Ionilähteiden plasman mallintaminen on usein monimutkaista, koska simulaatiossa pitää huomioida valtava määrä hiukkasia ja niiden vuorovaikutusmekanismeja. Tästä johtuen on tarpeellista kehittää mittausmenetelmiä, joiden avulla numeerisia tietokonesimulaatioita voidaan verrata mittaustuloksiin, Sakieldien kertoo


Sakieldienin väitöstutkimuksen yksi päätulos oli plasman lähettämän karakteristisen röntgensäteilyn mittaaminen ja käyttäminen simulaatioiden varmentamiseen.

– Mittauksissa tarkasteltiin ionilähteen säädettävien parametrien vaikutusta säteilyn voimakkuuteen kahdella eri laitteistolla sekä Suomessa että Etelä-Afrikassa. Totesimme menetelmän toimivan yleisesti. Tulevaisuudessa sitä voidaan käyttää simulaatiotulosten varmentamiseen, toteaa Sakieldien.

Apua uusien alkuaineiden löytämiseen

Väitöstutkimuksen toinen päätulos oli kehitetyn plasmadiagnostiikkamenetelmän käyttäminen ECR-ionilähteiden plasmoissa tapahtuvien prosessien ymmärtämiseen. ECR-ionilähteiden tarkoituksena on tuottaa positiivisesti varattuja ioneja hiukkaskiihdyttimillä tehtävää tutkimusta varten.

Ionilähteiden plasmassa tapahtuvien prosessien ymmärtäminen auttaa kasvattamaan ionilähteiden tuottamaa hiukkasvirtaa ja kiihdytettävien hiukkasten lopullista energiaa. Tämä mahdollistaa esimerkiksi uusien alkuaineiden havaitsemisen.

– Havaitsin työssäni, että ionilähteestä pakenevien elektronien vuo riippuu mikroaaltotehosta, jota käytetään plasman lämmittämiseen. Tämä prosessi rajoittaa ionilähteen suorituskykyä ja se tulee huomioida, kun suunnitellaan ja rakennetaan tulevaisuuden ionilähteitä, kertoo Sakieldien.

Ionilähteen toiminnan parantamiseen käytettävien tekniikoiden, erityisesti ns. tuplataajuuslämmityksen ja seoskaasumenetelmän, vaikutusmekanismeja pystytään tarkastelemaan mittaamalla plasman lähettämää säteilyä ja sen muutoksia. Menetelmien toiminnan ymmärtäminen palvelee tulevaisuuden ionilähteiden ja hiukkaskiihdyttimien kehitystyötä.

Sakieldien suoritti väitöstutkimuksensa yhteistyössä Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratorion ja eteläafrikkalaisen iThemba LABS -laboratorion kanssa. Siihen sisältyi tutkijavierailuja ja kokeellisia mittauksia molemmissa laboratoriossa.

Luonnontieteiden maisteri Moenir Sakieldienin väitöskirja "Characteristic Kα emission of Electron Cyclotron Resonance Ion Source Plasmas" tarkastustilaisuus pidetään perjantaina 31.8.2018 klo 12.00 salissa FYS1. Vastaväittäjänä tohtori Laurent Maunoury (Grand Accélérator National dÍons Lourds, Ranska) ja kustoksena dosentti Hannu Koivisto (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Lisätietoja:

Moenir Sakieldien on valmistunut Kapkaupungin Mitchell’s Plainin Aloen toisen asteen koulusta (vastaa Suomen lukiota). Hän suoritti luonnontieteiden maisterin tutkinnon Western Cape –yliopistossa vuonna 2012. Moenir työskentelee fyysikkona iThemba LABS –tutkimuslaitoksessa Kapkaupungissa, Etelä-Afrikassa.

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Department of Physics, University of Jyväskylä, Report No. 6. ISSN 0075-465X, ISBN 978-951-39-7492-3 (pdf), ISBN 978-951-39-7491-6 (print). Luettavissa JYX-arkistossa: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/59199

Lisätietoja

Moenir Sakieldien

muneer@tlabs.ac.za