10. oktoobril kell 12.00 kaitseb Roni Aleksi Koitermaa materialiteaduse erialal oma doktoritööd "Nanoscale Multiphysics Simulations of Vacuum Arc Initiation" (Vaakumläbilöögi süttimise multifüüsikaline simuleerimine nanoskaalas)
Juhendajad:
professor Veronika Zadin, Tartu Ülikool
kaasprofessor Andreas Kyritsakis, Tartu Ülikool
teadur Tauno Tiirats, Tartu Ülikool
professor Flyura Djurabekova, Helsingi Ülikool
Oponent:
Christopher Hudson Moore, PhD, Sandia National Laboratories, USA
Kokkuvõte: Elektrilised läbilöögid esinevad nii looduses kui ka tehnoloogilistes rakendustes, alates äikesetormi ajal tekkivast välgust kuni tootmisprotsessides kasutatava keevituskaareni. Elektrikaar on suure energiatihedusega ja püsiv elektrilahendus, mis tekib muidu mittejuhtiva keskkonna elektrilise läbilöögi ja ioniseerumise tulemusena. Selle käigus moodustub plasma, mis võimaldab elektrivoolu liikumist katoodi ja anoodi vahel.
Vaakumläbilöök omakorda toimub keskkonnas, kus puudub ioniseeritav gaas, ning selle tekkemehhanisme ei mõisteta siiani täielikult. Arvatakse, et protsessis mängivad olulist rolli elektronemissioon ning elektroodimaterjali kuumenemine ja aurustumine. Aurustunud materjali ioniseerumisel moodustub kõrge temperatuuriga elektrit juhtiv plasma, ehk kujuneb vaakumkaar. Vaakumkaared piiravad muu hulgas osakestekiirendite, vaakumkatkestite ja termotuumasünteesireaktorite tööd, põhjustades pinnakahjustusi, saastumist ja jõudluse vähenemist.
Käesolevas väitekirjas kasutatakse mitme-skaalalisi ja multi-füüsikalisi simulatsioone vaakumläbilöögi algusprotsesside nanoskaalal modelleerimiseks. Elektrivälja, elektronemissiooni, termilised, atomistlikud ja plasmaprotsessid seotakse ühtsesse mudelisse, et esmakordselt uurida eri protsesside vastastikmõjusid arvestades kõiki füüsika tahke. Töö hõlmab vaakumläbilöögi algusfaasi erinevaid etappe alates pinnadifusioonist, elektronemissioonist ja kuumenemisest kuni plasma moodustumiseni.
Simulatsioonid näitasid, et elektrivälja mõjul toimuvad katoodipinna morfoloogilised muutused suurendavad elektronemissiooni. Enne kaare teket toimub pinnal nanostruktuuride kasv, mis käituvad kui väljaemissiooni allikad. Elektronemissiooni simulatsioonid ligikaudu 10 T magnetväljas näitasid anoodi märkimisväärset kuumenemist, viidates anoodilt algavale läbilöögi võimalikkusele. Kaare algfaasi plasmasimulatsioonid tuvastasid selge plasma tekke protsessi alguse elektrivälja tugevusel suurusjärgus 12 GV/m. Vaakumläbilöögi aluseks olevate mehhanismide parem mõistmine aitab tulevikus vähendada vaakumkaarte teket tulevastes rakendustes, mis omakorda, lubab opereerida masinaid kõrgematel elektriväljadel.
Kaitsmist on võimalik jälgida Zoomis doktoritöö kaitsmine
