Проєктування та розробка веб-орієнтованої системи оптимізації наборів діагностик швидких іонів на основі формалізму вагових функцій у координатах інтегралів руху

Abstract

Робота присвячена розвитку методу оптимізації розташування діагностик швидких іонів на основі вагових функцій в установках керованого термоядерного синтезу. Актуальність дослідження зумовлена тим, що швидкі іони відіграють критично важливу роль у палаючій плазмі, тоді як їхня функція розподілу у фазовому просторі є п’ятимірною, що унеможливлює її повну реконструкцію за допомогою окремої діагностики. У зв’язку з цим для максимально повного відновлення функції розподілу методами томографії необхідним є оптимальне розташування набору діагностик. У роботі представлені методичні та програмні рішення, що дозволяють подолати обмеження попередніх підходів аналізу та створюють основу для більш коректного аналізу розташування набору діагностик. Ключовим із них є використання другого адіабатичного інваріанту, що дає змогу перейти від локального опису частинок до більш фізично обґрунтованого підходу, який враховує особливості їхніх траєкторій. Однією з основних цілей роботи є також реалізація методу у вигляді вебзастосунку та його інтеграція до робочого середовища вебінфраструктури Інституту фізики плазми Макса Планка для стеларатора Wendelstein 7-X що забезпечує доступність методу для практичного використання. Отримані результати створюють основу для більш обґрунтованого вибору конфігурацій діагностик швидких іонів та підвищення ефективності їх застосування в задачах томографічної реконструкції.

The thesis is devoted to the development of a method for optimizing the placement of fast-ion diagnostics based on weight functions in controlled thermonuclear fusion devices. The relevance of the study is determined by the fact that fast ions play a critically important role in burning plasma, while their distribution function in phase space is five-dimensional, which makes its complete reconstruction using a single diagnostic impossible. In this regard, the optimal placement of a set of diagnostics is necessary for the most complete reconstruction of the distribution function using tomography methods. The thesis presents methodological and software solutions that make it possible to overcome the limitations of previous analysis approaches and create a basis for a more accurate analysis of the placement of a diagnostic set. The key solution is the use of the second adiabatic invariant, which makes it possible to move from a local description of particles to a more physically justified approach that takes into account the features of their trajectories. One of the main objectives of the thesis is also to implement the method as a web application and to integrate it into the working environment of the web infrastructure of the Max Planck Institute for Plasma Physics for the Wendelstein 7-X stellarator, which ensures the accessibility of the method for practical use. The obtained results provide a basis for a more justified selection of fast-ion diagnostic configurations and for improving the efficiency of their application in tomographic reconstruction tasks.