Nopeiden ionien koossapito on ehdottoman tärkeää tulevissa fuusioreaktoreissa, kuten ITER:ssä. Koossapidetyt nopeat hiukkaset luovuttavat liike-energiaansa plasmaan, kuumentaen sen fuusioon vaadittavaan lämpötilaan, mutta toisaalta koossapidosta paenneet nopeat ionit ovat uhka reaktorikammion eheydelle. Aikaisempi tutkimus on osoittanut että nopeat ionit pysyvät hyvin koossapidettyinä aksiaalisesti symmetrisissä tokamakeissa joissa on korkea plasmavirta, mutta häviävän pienet poikkeamat symmetriasta voivat aiheuttaa paikallisia häviöitä jotka voivat vaarantaa koko reaktorin toiminnan. 

Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu nopeiden hiukkasten koossapitoa ja häviöitä ITER:ssä sekä olemassaolevissa tokamak-reaktoreissa numeerisen Monte Carlo - mallinnuksen keinoin, joka pohjautuu hiukkasten ratojen seurantaan. Koska nopeat hiukkaset ovat lähes törmäyksettömiä, käydään ensin läpi yhtälöt, jotka kuvaavat törmäyksettömien hiukkasten ratoja aksisymmetrissisä tokamakeissa. Todellisuudessa hiukkaset poikkeavat törmäyksettömiltä radoilta törmäysten sekä magneettisten epäsymmetrioiden takia. Näitä ratoja seurataan ASCOT-koodilla, jonka tärkeimmät ominaisuudet esitellään työn menetelmäosiossa. Simulaatiotulosten validoimiseksi niitä on verrattava olemassaolevissa koelaitteissa saatuihin mittaustuloksiin. Tärkeimmät nopeiden hiukkasten mittalaitteet ja tavat niiden signaalien mallintamiseen käsitellään lopuksi. 

Työn tuloksena saadut ennusteet ITER:lle ovat rohkaisevia. ASCOTin antamat tulokset vastaavat hyvin useita nopeiden hiukkasten mittauksia ja riippumattomia mallinnustuloksia olemassaolevilla koelaitteilla. ITERin ennustavat mallinnustulokset osoittavat, että magneettikentän väreily kelaväleissä aiheuttaa suuria nopeien hiukkasten häviöitä, mutta sitä voidaan tehokkaasti vaimentaa ferriittisillä inserteillä. Sen sijaan tritiumin hyötöön käytettävissä moduuleissa olevan ferriittisen teräksen magnetoitumasta aiheutuvat häiriöt eivät vaaranna nopeiden hiukkasten koossapitoa merkittävästi. Reunaplasman epästabiiliuksien ehkäisyyn käytettävien häirökelojen mallinnusta on vielä jatkettava, mutta näyttää todennäköiseltä että niiden aiheuttamat häiriöt vaimenevat reunaplasman sisäpuolella eivätkä aiheuta suuria nopeiden hiukkasten häviöitä.