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Determinação da configuração de ondas de alfvén excitadas no tokamak TCABR / Determination fo the configuration of excited Alfvén waves in tokamak TCABR

Luiz Carlos Büttner Mostaço Guidolin 09 November 2007 (has links)
Para o aprimoramento do sistema de aquecimento do plasma por meio de ondas de Alfvén, denominado sistema AWES Alfvén Waves Excitment System, do tokamak TCABR foram construídos, caracterizados, instalados e colocados em operação os diagnósticos para determinação da potência de rádio-freqüência fornecida ao plasma pelo conjunto de antenas para excitação de ondas de Alfvén bem como o circuito processador de sinais para o conjunto de sondas magnéticas, já instaladas dentro da câmara do TCABR, que permitem determinar o espectro de rádio-freqüência gerado pelo conjunto de antenas no interior da câmara de vácuo deste tokamak. Cada conjunto do sistema de diagnóstico de potência é composto por três dispositivos, sendo eles, um sensor de corrente de rádio-freqüência, do tipo bobinas de Rogowski, um sensor de tensão de RF, composto de divisores de tensão acoplados a um circuito processador de sinais e por um circuito multiplicador de sinais capaz de multiplicar os sinais de corrente e tensão de RF e fornecer um sinal proporcional à potência efetivamente fornecida ao plasma. No total foram construídas dez bobinas de Rogowski cujas constantes de sensibilidade são da ordem de 18 mV/A, doze divisores de tensão capazes de reduzir a amplitude de um sinal de 10kV a aproximadamente 5V, seis circuitos processadores de sinais para determinação da tensão de RF e quatro multiplicadores de sinais. Além disso foi construído um circuito processador de sinais capaz de processar o sinal fornecido por quatro sondas magnéticas simultaneamente. Todos os dispositivos elaborados nesse trabalho são capazes de processar sinais de freqüências compreendidas na faixa de 3 a 6MHz e fornecer sinais de baixa freqüência tal que seja possível adquiri-los automaticamente pelo sistema de aquisição de dados do TCABR, denominado TCAqs. Para os procedimentos de calibração e testes de funcionamento dos equipamentos desenvolvidos neste trabalho, estabeleceu-se um Sistema de Calibração Automatizado (SCA) sendo uma de suas partes integrantes um software capaz de comunicar e controlar equipamentos de medição, tais como osciloscópios e geradores de sinais, através de portas de comunicação tipo RS-232 usando a linguagem de comunicação SCPI. Este programa, chamado de SCO, foi inteiramente desenvolvido em software livre e de código aberto para ser usado em sistemas operacionais Unix-Like, como os sistemas GNU/Linux. O código fonte do SCO foi liberado como software livre e com isso registrado sob a licença GNU/GPL. Os procedimentos de calibração uma vez operando sob esse sistema cuja principal característica é a funcionalidade de automação, permitiu a aquisição de uma quantidade de dados muito maior do que aquela que seria possível em procedimentos manuais, resultando assim, em curvas mais confiáveis do ponto de vista estatístico aumentando-se conseqüentemente, de forma considerável, a qualidade das medições. Após extensa caracterização e testes de funcionamento fora e no TCABR concluiu-se que estes dispositivos estão prontos para serem utilizados em campanhas experimentais. / In order to enhance the efficiency of the TCABR\'s Alfvén waves heating system, called AWES - Alfvén Waves Excitement System a diagnostics for determining the radio-frequency power applied to the plasma and a processing circuit for the magnetic coil system was built, characterized, installed and put into operation. The RF diagnostics system was designed to determine the total power that the set of AWES antennas applies to the plasma and, the magnetic coils system is designed to determine the RF spectrum excited by these antennas. Since the magnetic coils are already installed inside the TCABRs vacuum chamber only the signal processing circuit was built for it. The RF power diagnostics set is composed of three devices which are, one RF current sensing device, a set for determining the RF voltage and a multiplying system. A Rogowski coil is used for measuring the RF current. The RF voltage system may be split in two: a couple of voltage dividers and a processing circuit for the potential difference determination. Applying the RF current and voltage signals to the multiplier circuit it is possible to determine the RF power fed to the plasma. In this work a total of ten Rogowski coils, with 18mV/A sensibility constant, as well as twelve voltage dividers, capable of reducing a 10kV signal to approximately 5V signal, six voltage processing circuits and four signal multipliers, were built. Besides that, one demodulator circuit, capable of processing, simultaneously, the signals from four magnetic coils, was built too. All the devices constructed in this project were designed to be able to process signals with frequencies in the range of 3 to 6M Hz and produce a low frequency result signal that may be acquired automatically by the TCABR data acquisition system called TCAqs. For the calibration procedures and operational tests of the equipments developed in this work, it was established an Automated Calibration System (SCA) with a software application as one of its components that is capable of communicating and controlling test instruments, like oscilloscopes and function generators, through the communication port RS-232 and SCPI language. This software, called SCO, was fully developed using free and open source software in order to be used in Unix-Like operational systems like GNU/Linux. As a free software SCO was registered under the GNU/GPL license. The calibration procedures once operating with this system, whose principal characteristics is its automation functionality, allowed us to acquire a great quantity of data, that would have not been possible or practical to do manually. As a consequence, the resulting calibration curves may be considered more accurate, from an statistical point of view which enhanced considerably the quality of the results. After the characterization and detailed tests of all these devices off the TCABR and after the installation of the diagnostics in the TCABR, we may finally conclude they are ready to be used in experimental campaign.
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Determinação da configuração de ondas de alfvén excitadas no tokamak TCABR / Determination fo the configuration of excited Alfvén waves in tokamak TCABR

Guidolin, Luiz Carlos Büttner Mostaço 09 November 2007 (has links)
Para o aprimoramento do sistema de aquecimento do plasma por meio de ondas de Alfvén, denominado sistema AWES Alfvén Waves Excitment System, do tokamak TCABR foram construídos, caracterizados, instalados e colocados em operação os diagnósticos para determinação da potência de rádio-freqüência fornecida ao plasma pelo conjunto de antenas para excitação de ondas de Alfvén bem como o circuito processador de sinais para o conjunto de sondas magnéticas, já instaladas dentro da câmara do TCABR, que permitem determinar o espectro de rádio-freqüência gerado pelo conjunto de antenas no interior da câmara de vácuo deste tokamak. Cada conjunto do sistema de diagnóstico de potência é composto por três dispositivos, sendo eles, um sensor de corrente de rádio-freqüência, do tipo bobinas de Rogowski, um sensor de tensão de RF, composto de divisores de tensão acoplados a um circuito processador de sinais e por um circuito multiplicador de sinais capaz de multiplicar os sinais de corrente e tensão de RF e fornecer um sinal proporcional à potência efetivamente fornecida ao plasma. No total foram construídas dez bobinas de Rogowski cujas constantes de sensibilidade são da ordem de 18 mV/A, doze divisores de tensão capazes de reduzir a amplitude de um sinal de 10kV a aproximadamente 5V, seis circuitos processadores de sinais para determinação da tensão de RF e quatro multiplicadores de sinais. Além disso foi construído um circuito processador de sinais capaz de processar o sinal fornecido por quatro sondas magnéticas simultaneamente. Todos os dispositivos elaborados nesse trabalho são capazes de processar sinais de freqüências compreendidas na faixa de 3 a 6MHz e fornecer sinais de baixa freqüência tal que seja possível adquiri-los automaticamente pelo sistema de aquisição de dados do TCABR, denominado TCAqs. Para os procedimentos de calibração e testes de funcionamento dos equipamentos desenvolvidos neste trabalho, estabeleceu-se um Sistema de Calibração Automatizado (SCA) sendo uma de suas partes integrantes um software capaz de comunicar e controlar equipamentos de medição, tais como osciloscópios e geradores de sinais, através de portas de comunicação tipo RS-232 usando a linguagem de comunicação SCPI. Este programa, chamado de SCO, foi inteiramente desenvolvido em software livre e de código aberto para ser usado em sistemas operacionais Unix-Like, como os sistemas GNU/Linux. O código fonte do SCO foi liberado como software livre e com isso registrado sob a licença GNU/GPL. Os procedimentos de calibração uma vez operando sob esse sistema cuja principal característica é a funcionalidade de automação, permitiu a aquisição de uma quantidade de dados muito maior do que aquela que seria possível em procedimentos manuais, resultando assim, em curvas mais confiáveis do ponto de vista estatístico aumentando-se conseqüentemente, de forma considerável, a qualidade das medições. Após extensa caracterização e testes de funcionamento fora e no TCABR concluiu-se que estes dispositivos estão prontos para serem utilizados em campanhas experimentais. / In order to enhance the efficiency of the TCABR\'s Alfvén waves heating system, called AWES - Alfvén Waves Excitement System a diagnostics for determining the radio-frequency power applied to the plasma and a processing circuit for the magnetic coil system was built, characterized, installed and put into operation. The RF diagnostics system was designed to determine the total power that the set of AWES antennas applies to the plasma and, the magnetic coils system is designed to determine the RF spectrum excited by these antennas. Since the magnetic coils are already installed inside the TCABRs vacuum chamber only the signal processing circuit was built for it. The RF power diagnostics set is composed of three devices which are, one RF current sensing device, a set for determining the RF voltage and a multiplying system. A Rogowski coil is used for measuring the RF current. The RF voltage system may be split in two: a couple of voltage dividers and a processing circuit for the potential difference determination. Applying the RF current and voltage signals to the multiplier circuit it is possible to determine the RF power fed to the plasma. In this work a total of ten Rogowski coils, with 18mV/A sensibility constant, as well as twelve voltage dividers, capable of reducing a 10kV signal to approximately 5V signal, six voltage processing circuits and four signal multipliers, were built. Besides that, one demodulator circuit, capable of processing, simultaneously, the signals from four magnetic coils, was built too. All the devices constructed in this project were designed to be able to process signals with frequencies in the range of 3 to 6M Hz and produce a low frequency result signal that may be acquired automatically by the TCABR data acquisition system called TCAqs. For the calibration procedures and operational tests of the equipments developed in this work, it was established an Automated Calibration System (SCA) with a software application as one of its components that is capable of communicating and controlling test instruments, like oscilloscopes and function generators, through the communication port RS-232 and SCPI language. This software, called SCO, was fully developed using free and open source software in order to be used in Unix-Like operational systems like GNU/Linux. As a free software SCO was registered under the GNU/GPL license. The calibration procedures once operating with this system, whose principal characteristics is its automation functionality, allowed us to acquire a great quantity of data, that would have not been possible or practical to do manually. As a consequence, the resulting calibration curves may be considered more accurate, from an statistical point of view which enhanced considerably the quality of the results. After the characterization and detailed tests of all these devices off the TCABR and after the installation of the diagnostics in the TCABR, we may finally conclude they are ready to be used in experimental campaign.
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\"Ondas Alfvén em ventos de estrelas supergigantes frias\"

Vidotto, Aline de Almeida 25 February 2005 (has links)
Neste trabalho, usamos um fluxo de ondas Alfvén como mecanismo de impulsão de ventos de estrelas supergigantes evoluídas: a transferência de energia e momento das ondas Alfvén para as partículas do gás é responsável pela aceleração do vento. Aqui, nós estudamos dois mecanismos de amortecimento diferentes para as ondas Alfvén: (i) a absorção ressonante de ondas Alfvén de superfície e (ii) o mecanismo de amortecimento devido à interação das ondas Alfvén com as partículas de poeira. Esse último mecanismo ainda não havia sido aplicado a ventos de estrelas supergigantes de tipo tardio, embora saibamos, através das observações, que partículas de poeira estão presentes nesses ventos. Neste trabalho, nós resolvemos a equação de energia, juntamente com as equações da massa e do momento para obter os perfis de velocidade e de temperatura do vento.
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Geração de corrente elétrica não indutiva com as ondas de Alfvén

Assis, Altair Souza de 10 June 1988 (has links)
Orientador: Jose Busnardo Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T03:08:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Assis_AltairSouzade_D.pdf: 8191315 bytes, checksum: e7471361bbfb6e79f3f406c3e247e033 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: Estudou-se a geração de corrente elétrica não indutiva com o emprego das ondas de rádio-frequência utilizando-se as equações da teoria quase-linear unidimensional em um plasma infinito, homogêneo e uniformemente magnetizado na direção z. As colisões Coulombianas são introduzidas "ad hoc" através de um operador de colisão de Fokker-Planck, linear e unidimensional. A interação onda-partícula em estudo foi a de Cherenkov-atenuação de Landau (LD) e atenuação por tempo de trânsito (TTMP). O sistema de equações obtido foi solucionado de forma autoconsistente, considerando três regimes de potência externa: fonte fraca (Imwk® ¿ ncol), fonte forte(Imwk® ¿ ncol) e fonte crítica (Imwk® ~ ncol). Os termos Imwk® e ncol são o coeficiente de atenuação não colisional ressonante de Cherenkov e o de atenuação colisional não ressonante, respectivamente. Os principais resultados obtidos foram as expressões gerais para a corrente elétrica gerada, para a eficiência de geração de corrente e para a potência crítica - a menor potência requerida para a saturação da corrente. Aplicaram-se estes resultados às ondas de interesse na geração de corrente pela atenuação de Cherenkov - ondas de Alfvén cinética, de Alfvén discreta, magnetossônica rápida, superficial e sibilante. A técnica empregada nesta tese também pode ser utilizada para a onda híbrida inferior que, no entanto, não foi incluída por já ter sido exaustivamente estudada. Verificou-se que a eficiência calculada com o emprego do modelo autoconsistente é maior que a obtida com o modelo não autoconsistente. Ainda, o modelo não autoconsistente só se justifica quando a potência externa aplicada é suficientemente alta para que seja formado um platô na região de ressonância da função de distribuição dos elétrons, ou seja, quando Imwk® ¿ ncol. Como exemplo, os resultados obtidos foram aplicados para a onda de Alfvén cinética, empregando os dados de alguns dos principais tokamaks atuais. Tanto INTOR como JT-60 apresentam resultados promissores, com eficiências altas (0,9 A/W e 0,5 A/W) e potências baixas (1,6 MW e 2,2 MW) para correntes críticas razoáveis (1,4 MA e 1,0 MA). Calculou-se, também, para as várias ondas citadas, a eficiência de geração de corrente e a corrente de saturação no tokamak TCA. As ondas de Alfvén cinética, magnetossônica rápida, de Alfvén discreta e superficial possuem para a eficiência e a corrente de saturação os seguintes valores: 0,5 A/W e 1,0 MA; 0,4 A/W e 1,0 MA; 0,1 A/W e 1 MA; e 0,03 A/W e 1,0 MA, respectivamente. Os cálculos para a onda sibilante concordam com resultados recentes das máquinas ACT-1 [Phys. Rev. Lett. 55,1669(1985)] de Princeton e o Torus de Irvine [Phys. Rev. Lett. 56,835(1986)] / Abstract: Not informed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências
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\"Ondas Alfvén em ventos de estrelas supergigantes frias\"

Aline de Almeida Vidotto 25 February 2005 (has links)
Neste trabalho, usamos um fluxo de ondas Alfvén como mecanismo de impulsão de ventos de estrelas supergigantes evoluídas: a transferência de energia e momento das ondas Alfvén para as partículas do gás é responsável pela aceleração do vento. Aqui, nós estudamos dois mecanismos de amortecimento diferentes para as ondas Alfvén: (i) a absorção ressonante de ondas Alfvén de superfície e (ii) o mecanismo de amortecimento devido à interação das ondas Alfvén com as partículas de poeira. Esse último mecanismo ainda não havia sido aplicado a ventos de estrelas supergigantes de tipo tardio, embora saibamos, através das observações, que partículas de poeira estão presentes nesses ventos. Neste trabalho, nós resolvemos a equação de energia, juntamente com as equações da massa e do momento para obter os perfis de velocidade e de temperatura do vento.
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"Medan jag väntade på dig." : Hur den unga kvinnans utveckling gestaltas i tre svenska utvecklingsromaner. / "While I was waiting for you." : How the development of the young woman is shaped in three Swedish novels

Hultberg, Stina January 2016 (has links)
Denna kandidatuppsats undersöker hur kvinnans utveckling och sökande efter identitet har gestaltats i tre svenska utvecklingsromaner. Romanerna är Hagar Olssons Chitambo (1933), Inger Alfvéns Dotter till en dotter (1976) samt Therese Bohmans Den andra kvinnan (2014). Uppsatsen fokuserar främst på två teman i undersökningen av de kvinnliga protagonisternas utveckling. Dessa teman är relationen till det motsatta könet samt kvinnans egen sexualitet.
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Excitação de ondas de helicon e de Alfvén em tokamak TCABR / Excitation of Helicon and Alfvén waves in tokamak TCABR

Puglia, Paulo Giovane Paschoali Pereira 04 April 2011 (has links)
O objetivo do trabalho é a investigação da excitação de ondas no plasma com o uso de uma antena externa e fazer uma análise das ressonâncias de Alfvén encontradas. O sistema de antenas de Alfvén no tokamak TCABR foi desenhado para aquecimento do plasma por meio de ressonâncias. Al em do aquecimento, é possível usar a detecção de ondas excitadas com o uso da antena para objetivos de diagnóstico do plasma, encontrando o valor do perfil de segurança e massa efetiva dos íons. Por causa de uma falha nos diodos do campo toroidal usamos o regime de disparos de limpeza, com campo magnético toroidal mais fraco que de disparos tópicos do TCABR, para os testes do método de excitação e identificação de ressonâncias no plasma. Com o uso do circuito demodulador foram medidas ondas de helicon excitadas com a antena de Alfvén no plasma de limpeza usando as sondas magnéticas e de Langmuir. Com simulação foi possível idênticas as ondas medidas. Há disponível um gerador de frequência variável que foi utilizado junto desse experimento. Ambos os equipamentos se encontram preparados para uso, sendo a próxima etapa usar o plasma tópico de disparo do TCABR, que tem maior densidade que o plasma de limpeza. As medidas realizadas foram um teste para o circuito demodulador e gerador de frequência variável, que teve seu comportamento comparado com os dados de um osciloscópio de alta frequência de amostragem. Os equipamentos do TCABR usados nos experimentos, as antenas e sondas magnéticas, um gerador de baixa potência com frequência variável, um circuito demodulador, sonda de Langmuir e o reflectômetro, que tem alta taxa de amostragem (200MHz) e varredura de frequência na banda de 18 40GHz. São todos descritos na dissertação. Para modelagem das ressonâncias de Alfvén foi feito o cálculo do tensor dielétrico do plasma para o modelo cinético e para o limite magnetohidrodinâmico. Por meio de simulação computacional e cálculos considerando plasma como um fluido de 2 componentes, no caso prótons e elétrons, é possível determinar alguns tipos de onda que podem ser excitadas no plasma e sua relação de dispersão, foram calculadas a onda magnetossônica rápida e a onda global de Alfvén. Determinamos radialmente a posição dos campos eletromagnéticos no plasma. Usando o reactômetro foram medidas as ressonâncias das ondas de Alfvén na borda do plasma induzidas pelas antenas, com o plasma tópico do tokamak, com densidade mais alta e o gerador de alta potência com frequência fixa. O método para achar as ressonâncias nos dados do reflectômetro foi com o uso de sidebands que aparecem em torno da frequência da ressonância não sinal do reflectômetro, que é a frequência do gerador. As sidebands foram analisadas com um espectrograma dos dados. As ondas excitadas na borda do plasma puderam ser identificadas também nas simulações. Os resultados da análise mostram que foi possível medir as ondas no plasma que foram excitadas com o uso das antenas e tanto o circuito demodulador com o uso de sondas magnéticas como o reflectômetro são adequados para se achar ressonâncias no plasma. / The objective of this work is to investigate the excitation of waves in a plasma using an antenna and to analyse the Alfvén resonances found. The Alfvén antenna heating system of the TCABR tokamak was designed to heat the plasma due to resonances. As the diodes of the toroidal field had burned down we used cleaning discharges, with low toroidal magnetic field, to test the excitation method and the identification of plasma resonances. With the demodulator circuit we measured helicon waves excited with the Alfv en antenna in the cleaning plasma using Langmuir and magnetic probes. With computational simulation we found the measured waves. A generator of variable frequency was used in this experiment. Both equipments are prepared for future experiments with the typical plasma of the TCABR, which has higher density than the cleaning plasma. This work was aimed to test to the demodulator circuit and the variable frequency generator, the data obtained were compared to that of a high sampling frequency oscilloscope. It is presented the description of the TCABR equipments used, antenna, magnetic probe, variable frequency generator of low power, demodulator circuit, Langmuir probe and a reflectometer which has a high sampling frequency (200MHZ) and frequency scanning in the range 18 40GHz, and was built in Portugal. In order to have a model of Alfv en resonances we calculated the plasma dieletric tensor both in the kinetic and magnetohydrodynamic limits. With computational simulation and using a two uid model, protons and electrons, it is possible to find some of the excited waves in the plasma and its dispersion relation, we calculated the fast magnetosonic wave and the global Alfvén wave. We found the radial position of the electromagnetic fields in the plasma. With the re ectometer we measured resonances of Alfvén waves induced by the antenna at the plasma border in a typical TCABR tokamak plasma discharge, with higher density and a high power fixed frequency generator. We used sidebands as a method to find out the resonances in the reflectometer data. These sidebands are localized around the resonance frequency, which is the Alfvén wave generator frequency. The sidebands were analysed with spectrograms of the data. The waves excited at the plasma border were also found in the simulation. The analysis results show that we could detect the plasma waves excited with the antennas. The demodulator circuit along with magnetic probes and the reflectometer can be used to find plasma resonances.
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Exploring the Alfvén-wave acceleration of auroral electrons in the laboratory

Schroeder, James William Ryan 01 August 2017 (has links)
Inertial Alfvén waves occur in plasmas where the Alfvén speed is greater than the electron thermal speed and the scale of wave field structure across the background magnetic field is comparable to the electron skin depth. Such waves have an electric field aligned with the background magnetic field that can accelerate electrons. It is likely that electrons are accelerated by inertial Alfvén waves in the auroral magnetosphere and contribute to the generation of auroras. While rocket and satellite measurements show a high level of coincidence between inertial Alfvén waves and auroral activity, definitive measurements of electrons being accelerated by inertial Alfvén waves are lacking. Continued uncertainty stems from the difficulty of making a conclusive interpretation of measurements from spacecraft flying through a complex and transient process. A laboratory experiment can avoid some of the ambiguity contained in spacecraft measurements. Experiments have been performed in the Large Plasma Device (LAPD) at UCLA. Inertial Alfvén waves were produced while simultaneously measuring the suprathermal tails of the electron distribution function. Measurements of the distribution function use resonant absorption of whistler mode waves. During a burst of inertial Alfvén waves, the measured portion of the distribution function oscillates at the Alfvén wave frequency. The phase space response of the electrons is well-described by a linear solution to the Boltzmann equation. Experiments have been repeated using electrostatic and inductive Alfvén wave antennas. The oscillation of the distribution function is described by a purely Alfvénic model when the Alfvén wave is produced by the inductive antenna. However, when the electrostatic antenna is used, measured oscillations of the distribution function are described by a model combining Alfvénic and non-Alfvénic effects. Indications of a nonlinear interaction between electrons and inertial Alfvén waves are present in recent data.
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Alfvén Waves and Energy Transformation in Space Plasmas

Khotyaintsev, Yuri January 2002 (has links)
This thesis is focused on the role of Alfvén waves in the energy transformation and transport in the magnetosphere. Different aspects of Alfvén wave generation, propagation and dissipation are considered. The study involves analysis of experimental data from the Freja, Polar and Cluster spacecraft, as well as theoretical development. An overview of the linear theory of Alfvén waves is presented, including the effects of fnite parallel electron inertia and fnite ion gyroradius, and nonlinear theory is developed for large amplitude Alfvén solitons and structures. The methodology is presented for experimental identification of dispersive Alfvén waves in a frame moving with respect to the plasma, which facilitates the resolution of the space-time ambiguity in such measurements. Dispersive Alfvén waves are identified on field lines from the topside ionosphere up to the magnetopause and it is suggested they play an important role in magnetospheric physics. One of the processes where Alfvén waves are important is the establishment of the field aligned current system, which transports the energy from the reconnection regions at the magnetopause to the ionosphere, where a part of the energy is dissipated. The main mechanism for the dissipation in the top-side ionosphere is related to wave-particle interactions leading to particle energization/heating. An observed signature of such a process is the presence of parallel energetic electron bursts associated with dispersive Alfvén waves. The accelerated electrons (electron beams) are unstable with respect to the generation of high frequency plasma wave modes. Therefore this thesis also demonstrates an indirect coupling between low frequency Alfvén wave and high frequency oscillations.
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Non-linear dynamics of Alfvén eigenmodes excited by fast ions in tokamaks

Bergkvist, Tommy January 2007 (has links)
The tokamak is so far the most promising magnetic configuration for achieving a net production of fusion energy. The D-T fusion reactions result in 3.5 MeV alpha-particles, which may destabilize Alfvén eigenmodes through wave-particle interaction. These instabilities redistribute the alpha-particles from the central region of the plasma towards the edge, where they are thermalized, and hence result in a reduced heating efficiency. The high-energy alpha-particles may even be thrown out of the plasma and may damage the wall. To investigate the destabilization of Alfvén eigenmodes by high-energy ions, ion cyclotron resonance heating (ICRH) and neutral beam injection (NBI) are often used to create a high-energy tail on the distribution function. The ICRH does not only produce high-energy anisotropic tails, it also decorrelates the wave-particle interaction with the Alfvén eigenmodes. Without decorrelation of the wave-particle interaction an ion will undergo a superadiabatic oscillation in phase space and there will be no net transfer of energy to the mode. For the thermal ions the decorrelation from collisions dominates while for the high-energy ions the decorrelation from ICRH dominates. As the unstable modes grow up, the gradients in phase space, which drive the mode, are reduced, resulting in a weaker drive. The dynamics of the system becomes non-linear due to a continuous restoration of the gradients by D-T reactions and ICRH. In this thesis the non-linear dynamics of toroidal Alfvén eigenmodes (TAEs) during ICRH has been investigated using the SELFO code. The SELFO code, which calculates the distribution function during ICRH self-consistently using a Monte-Carlo metod, has been upgraded to include interactions with TAEs. The fast decay of the mode amplitude as the ICRH is switched off, which is seen in experiments, as well as the oscillation of the mode amplitude as the distribution function is repetetively built up by the ICRH and flattened by the TAE has been reproduced using numerical simulations. In the presence of several unstable modes the dynamics become more complicated. The redistribution of an alpha-particle slowing down distribution function as well as the reduced heating efficiency in the presence of several modes has also been investigated. / QC 20100628

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