Um novo sistema de bobinas de Mirnov (SCBM), composto de 24 bobinas magnéticas (assim como toda a eletrônica associada ao tratamento dos sinais), foi construído, instalado e colocado em operação para o estudo das instabilidades MHD no plasma do tokamak TCABR. Deste conjunto de bobinas, 22 delas foram instaladas ao redor de uma secão poloidal e, as outras duas, em diferentes posições toroidais, todas no interior da câmara de vácuo do TCABR. O posicionamento assimétrico destas, na direção poloidal, foi feito de forma a corrigir os efeitos produzidos pela toroidicidade do tokamak. Além disso, para a análise dos modos MHD presentes ao longo das descargas de plasma, é proposto um modelo físico simplificado que tem em conta, basicamente, o efeito da superposição de ondas em todas as bobinas magnéticas do sistema. A partir da modulação, das amplitudeds e da defasagem angular obtida entre os sinais experimentais do SCBM, são realizadas simulações para se determinar a intensidade dos modos e a composição do espectro MHD nas descargas de plasma TCABR. Também, foi contrtuído e instalado no interior da câmara de vácuo do tokamak TCABR um Limitador Ergódico Magnético (LEM), para investigar o efeito da atuação de campos magnéticos perturbativos no plasma. A geometria utilizada para o posicionamento dos segmentos condutores, foi escolhida de forma que as perturbações magnéticas geradas pelo LEM atuem, principalmente, na região ao redor da superfície magnéticas q=3. De fato, realizando-se medidas do campo magnético radial gerado pelo LEM, para se investigar a dependência dos campos de perturbação produzidos em função das coordenadas, r, 'teta' e 'fi' do tokamak, foi obtido que o modo m=3 é dominante representando 53% do espectro MHD. As espiras do LEM foram contruídas para serem alimentadas com correntes de até 3 kA, durante um intervalo de tempo de 50 ms, utilizando-se uma fonte de potência que também foi construída para este trabalho. Esta fonte é composta, basicamente, de um banco de 220 capacitores eletrolíticos (C = 0,63 F), todos ligados em paralelo, e de 5 indutores (4 deles com L = 2,5 mH e um com L = 4 mH). Os efeitos produzidos pela atuação do LEM no plasma, parte principal deste trabalho, foram investigados utilizando-se os vários diagnósticos disponíveis na bolometria, o sistema de bobinas de Mirnov, a sonda eletrostática e os detetores de emissão ECE, de 'H-alfa', de raios-X de baixas energias, etc. Como resultado desta investigação foram observadas, entre outras coisas, mudanças no comportamento magnetohidrodinâmico do plasma, que resultaram em uma atenuação ou crescimento da atividade MHD, como pode ser constatado através das oscilações de Mirnov. De forma geral, para correntes acima de 1,5 kA nas espiras do LEM, foram observadas ocorrências de disrupturas maiores em 46% das descargas de plasma. Na maioria destes casos, foi observado um aumento significativo da densidade eletrônica (até valores próximos do 'limite de alta densidade' do TCABR) quanto se constata um forte crescimento do modo m=2 (com até 64% do espectro MHD), indicando ser este modo o principal responsável pela ocorrência destas instabilidades. É importante mencionar que em alguns casos, também foram observadas a ocorrência de instabilidades 'dentes-de-serra' nos sinais dos detetores de emissão de raios-X moles, quando se aplicava uma corrente relativamente alta no LEM. Em alguns casos escolhidos para análise, o valor do parâmetro de superposição entre as ilhas magnéticas m=2 e m=3, mostraram um aumento gradual (desde valores S(2-3) = 0,5) ao se aproximar o instante de ocorrência da disruptura maior, quando se atingem valores de S(2-3) = 1,2. Em vários destes casos, também foram observadas ocorrências de disrupturas menores que precedem as maiores. Ainda nesta situação, foi observado que os modos m=2 e m=3 são os mais intensos no plasma, com intensidades semelhantes (40% e 35%, respectivamente). Nestas descargas, foi constatado que o valor do parâmetro de superposição entre ilhas também aumenta significativamente, alcançando valores em torno de S(2-3) = 1,1 instantes antes da disruptura menor acontecer. Finalmente, também foi observado um aumento significativo da emissão de raios-X moles e da potência total irradiada pelo plasma, mesmo depois destes sinais serem corrigidos em relação ao aumento da densidade eletrônica, o que indica um possível aumento da temperatura do plasma e/ou mudança de seu perfil radial. Estas foram também as indicações obtidas das medidas de emissão de radiação eletrociclotrônica.

Orientador: Paulo Hiroshi Sakanaka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-17T03:36:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mania_AntonioJamil_M.pdf: 1236088 bytes, checksum: 59569320c15a472398604a60be7e5ae1 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Propomos o estudo da evolução de Configurações de Campo Reverso (FRCs) empregando a teoria Grad-Hogan. Das propriedades da simetria destas configurações é possível obter uma equação geral para plasmas difundindo-se lentamente. Supondo que a temperatura seja uniforme mas dependente do tempo, pode ser mostrado que a evolução é descrita como uma seqüência contínua de estados de equilíbrio, satisfazendo condições de contornos apropriadas para as quais a dependência da pressão com a função fluxo poloidal permaneça fixada. É possível calcular a densidade, pressão, temperatura e dimensões do plasma, juntamente com o fluxo magnético como funções do tempo. A teoria á aplicada para o modelo do vórtice de Hill esférico, prolato e oblato, com a condição que a velocidade de difusão não se torne singular no eixo magnético. Os resultados mostram características próprias de contração e expansão da configuração devido a existência de pontos de bifurcação no espaço dos parâmetros / Abstract: We propose the study of the evolution of Field-Reversed Configurations (FRC's) employing Grad-Hogan theory. From the symmetry properties of these configurations it is possible to get general equation for slowly diffusing plasmas. Supposing that the temperature is uniform but time dependent, it can be shown that the evolution is described as a continuous sequence of equilibrium states, satisfying proper boundary conditions for which the dependence of the pressure with the poloidal flux function remains fixed. It is possible to calculate plasma density, pressure, temperature and size, together with magnetic flux as functions of time. The theory is applied to the spherical, prolate and oblate Hill's vortex model, with the condition that the diffusion velocity does not become singular at the magnetic axis. The results show proper characteristics of contraction and expansion of the configuration due the existence of bifurcation¿s points in the parameters space / Mestrado / Física / Mestre em Física

Fizemos medidas de fusao nuclear e de espalhamento elastico nos sistemas ANTPOT.16,18 O+ANTPOT.63,65 CU. Os dados foram obtidos entre as energias 39 e 64 mev. Observamos significativas diferencas entre sistemas com ANTPOT. 63 CU e com ANTPOT.65 CU como nucleos-alvos, em contraposicao a uma insensibilidade em relacao ao projetil. Propusemos um modelo teorico que explica os resultados experimentais tanto em relacao ao espalhamento elastico como em relacao a fusao nuclear. Tal modelo esta fundamentado no incremento da absorcao suprficial devido aos dois neutrons extras do ANTPOT.65 CU (em relacao ao ANTPOT.63 CU) / Experimental study of the isotopic dependence on nuclear fusion and elastic scattering systems

A distribuição de velocidade das partículas alfa produzidas a uma razão constante em reações termonucleares, em um plasma Maxwelliano, obtida analiticamente a partir da equação de Fokker-Planck. A distribuição assintótica no tempo pode ser dividida em três regiões: uma região termalizada com uma distribuição quase Maxwelliana, uma região de freamento com distribuição segundo uma lei de potência e uma região de alta energia com uma distribuição exponencial rapidamente decrescente. Um tratamento mais detalhado, que inclui a evolução temporal, um termo de perda e um campo elétrico paralelo fraco e realizado para a região de freamento, que contem a maioria das partículas alfa, e a evolução temporal e dada também para a cauda de alta energia. A evolução temporal das densidades de partículas, de momentum, de energia cinética e de fluxo de calor e calculada . As contribuições dos elétrons e íons de fundo são dadas separadamente para mostrar os efeitos de cada espécie. Em particular, obtém-se que os elétrons são aquecidos mais rapidamente pelas partículas alfa do que o são os íons de fundo. / The velocity distribution of alpha particles produced ata constant rate by thermonuclear reactions in a Maxwellian plasma is obtained analytically from the Fokker-Planck equation. The time-asymptotic distribution can be divided into three regions: a thermalized region with a nearly Maxwellian distribution, a slowing-down region with a power law distribution, and a high-energy region with a rapidly decreasing exponential distribution. A more detailed treatment, including the time evolution, a loss term and a weak parallel electric field is given for the slowing- down region, which contains the majority of the alpha particles. The time evolution is also found for the high-energy tail. The time evolution of the density of particles, momentum density, kinetic energy density and heat flux density is calculated. The electron and background ion contributions are given separately to show the effects of each species. In particular it is found that the electrons are more rapidly heated by the alpha particles than are the background ions.

A distribuição de velocidade das partículas alfa produzidas a uma razão constante em reações termonucleares, em um plasma Maxwelliano, obtida analiticamente a partir da equação de Fokker-Planck. A distribuição assintótica no tempo pode ser dividida em três regiões: uma região termalizada com uma distribuição quase Maxwelliana, uma região de freamento com distribuição segundo uma lei de potência e uma região de alta energia com uma distribuição exponencial rapidamente decrescente. Um tratamento mais detalhado, que inclui a evolução temporal, um termo de perda e um campo elétrico paralelo fraco e realizado para a região de freamento, que contem a maioria das partículas alfa, e a evolução temporal e dada também para a cauda de alta energia. A evolução temporal das densidades de partículas, de momentum, de energia cinética e de fluxo de calor e calculada . As contribuições dos elétrons e íons de fundo são dadas separadamente para mostrar os efeitos de cada espécie. Em particular, obtém-se que os elétrons são aquecidos mais rapidamente pelas partículas alfa do que o são os íons de fundo. / The velocity distribution of alpha particles produced ata constant rate by thermonuclear reactions in a Maxwellian plasma is obtained analytically from the Fokker-Planck equation. The time-asymptotic distribution can be divided into three regions: a thermalized region with a nearly Maxwellian distribution, a slowing-down region with a power law distribution, and a high-energy region with a rapidly decreasing exponential distribution. A more detailed treatment, including the time evolution, a loss term and a weak parallel electric field is given for the slowing- down region, which contains the majority of the alpha particles. The time evolution is also found for the high-energy tail. The time evolution of the density of particles, momentum density, kinetic energy density and heat flux density is calculated. The electron and background ion contributions are given separately to show the effects of each species. In particular it is found that the electrons are more rapidly heated by the alpha particles than are the background ions.

A distribuição de velocidade das partículas alfa produzidas a uma razão constante em reações termonucleares, em um plasma Maxwelliano, obtida analiticamente a partir da equação de Fokker-Planck. A distribuição assintótica no tempo pode ser dividida em três regiões: uma região termalizada com uma distribuição quase Maxwelliana, uma região de freamento com distribuição segundo uma lei de potência e uma região de alta energia com uma distribuição exponencial rapidamente decrescente. Um tratamento mais detalhado, que inclui a evolução temporal, um termo de perda e um campo elétrico paralelo fraco e realizado para a região de freamento, que contem a maioria das partículas alfa, e a evolução temporal e dada também para a cauda de alta energia. A evolução temporal das densidades de partículas, de momentum, de energia cinética e de fluxo de calor e calculada . As contribuições dos elétrons e íons de fundo são dadas separadamente para mostrar os efeitos de cada espécie. Em particular, obtém-se que os elétrons são aquecidos mais rapidamente pelas partículas alfa do que o são os íons de fundo. / The velocity distribution of alpha particles produced ata constant rate by thermonuclear reactions in a Maxwellian plasma is obtained analytically from the Fokker-Planck equation. The time-asymptotic distribution can be divided into three regions: a thermalized region with a nearly Maxwellian distribution, a slowing-down region with a power law distribution, and a high-energy region with a rapidly decreasing exponential distribution. A more detailed treatment, including the time evolution, a loss term and a weak parallel electric field is given for the slowing- down region, which contains the majority of the alpha particles. The time evolution is also found for the high-energy tail. The time evolution of the density of particles, momentum density, kinetic energy density and heat flux density is calculated. The electron and background ion contributions are given separately to show the effects of each species. In particular it is found that the electrons are more rapidly heated by the alpha particles than are the background ions.

Fizemos medidas de fusao nuclear e de espalhamento elastico nos sistemas ANTPOT.16,18 O+ANTPOT.63,65 CU. Os dados foram obtidos entre as energias 39 e 64 mev. Observamos significativas diferencas entre sistemas com ANTPOT. 63 CU e com ANTPOT.65 CU como nucleos-alvos, em contraposicao a uma insensibilidade em relacao ao projetil. Propusemos um modelo teorico que explica os resultados experimentais tanto em relacao ao espalhamento elastico como em relacao a fusao nuclear. Tal modelo esta fundamentado no incremento da absorcao suprficial devido aos dois neutrons extras do ANTPOT.65 CU (em relacao ao ANTPOT.63 CU) / Experimental study of the isotopic dependence on nuclear fusion and elastic scattering systems

Submitted by Larissa Vitoria Cardoso Cusielo (larissavitoria@id.uff.br) on 2017-09-04T20:44:51Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Suami João Martins Ramos - Dissertação Final.pdf: 5055626 bytes, checksum: d533cfb182bbb4d950aa595b728334b2 (MD5) Suami João Martins Ramos - Produto Final.pdf: 1849592 bytes, checksum: 25e7d37350ae9b989465f0316c4588ea (MD5) / Approved for entry into archive by Biblioteca do Aterrado BAVR (bavr@ndc.uff.br) on 2017-09-05T19:34:46Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Suami João Martins Ramos - Dissertação Final.pdf: 5055626 bytes, checksum: d533cfb182bbb4d950aa595b728334b2 (MD5) Suami João Martins Ramos - Produto Final.pdf: 1849592 bytes, checksum: 25e7d37350ae9b989465f0316c4588ea (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-05T19:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Suami João Martins Ramos - Dissertação Final.pdf: 5055626 bytes, checksum: d533cfb182bbb4d950aa595b728334b2 (MD5) Suami João Martins Ramos - Produto Final.pdf: 1849592 bytes, checksum: 25e7d37350ae9b989465f0316c4588ea (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física. Volta Redonda, RJ. / Energia é um dos temas mais importantes no estudo da Física no Ensino Básico. No atual currículo da Secretaria de Educação do Estado do Rio de Janeiro, o tema Energia é estudado em todo o segundo ano do Ensino Médio. No quarto bimestre são estudados particularmente os temas Energia Nuclear e Reações Nucleares. Neste contexto, nossa proposta está focada neste bimestre. A importância deste tema é marcante, haja vista as pesquisas para o desenvolvimento da Fissão Nuclear controlada, à época da Segunda Guerra Mundial, terem sido um marco na história da humanidade, pois culminaram com o lançamento das bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki, inaugurando, assim uma nova Era, a Era Nuclear. A Fusão Nuclear, por sua vez, é tema de pesquisas atuais devido especialmente, ao seu potencial de produção de energia e também é importante em outras áreas do conhecimento, pois em última análise, é a grande responsável pela existência e manutenção da vida em nosso planeta. Para o estudo deste importante tema da Física propomos a abordagem que preconiza o uso da Alfabetização Científica (AC). Dentro dessa proposta mesclamos aulas mais tradicionais, quase transmissivas, com explicações na lousa e aulas com experimentos em sala de aula e também o uso de programa de computador que usa simulações. Analisamos os aspectos éticos e políticos relativos a estas pesquisas, que tiveram seu ápice durante a Segunda Guerra Mundial, e realizamos um debate cujo tema provocava a discussão entre as relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente. Com o uso da abordagem proposta pela AC, queremos colaborar para que os estudantes, além de consolidarem os conceitos de Fissão e Fusão Nuclear, tenham mais uma oportunidade de, através de seus estudos, se tornarem, cidadãos mais críticos, conscientes e participativos na sociedade na qual vivemos. Como produto associado a esta Dissertação, elaboramos um documento a parte, capaz de ser usado por docentes do Ensino Básico para aplicar essa proposta em sala de aula. / Energy is one of the most important themes int he study of physics in the basic school. In the currrent Minimum Curriculum of the Rio de Janeiro State Education Secretary energy is studied in the whole second year of the High School. In the fourth bimester, Nuclear Energy and Nuclear Reactions are main themes. In this context, our proposal is limited to this bimester. These themesare is very important, once the researches to devellop the controlled Nuclear Fission become a historical mark with the bombardment of Hiroshima e Nagasaki, installing the Nuclear Age. Nuclear Fusion is a current research topic due to the potential of producing energy and to its importance to other fields of science, once ultimately the existence and maintenance of life on Earth depends on this process. In order to study these themes, we used the approach adopted by the Scientific Literacy. In this approach, we used tradictional classes, as well as experiments and computer simulations. We have also analyzed the ethic and political aspects concerning the research on nuclear physics during the II World War. Finally we realized a debate whose theme sparked the discussion among the relations of Science, Tecnology, Society and Enviroment. Usind this approach we intend to improve the awareness and the critical judgment of our students. As a result of this dissertation, we produced another document which is able to be used by Basic School teachers in order to apply this proposal in classroms.

Usando um modelo de um canal efetivo, o qual contem efeitos de acoplamento de canais através da presença de um potencial de polarização dependente da energia, nós estudamos, em energias abaixo da barreira, as reações de fusão dos sistemas A1 ANTPOT. Ni+ A2 ANTPOT. Ni e 16ANTPOT. O + A ANTPOT. Sm. Com o auxilio de uma relação de dispersão inversa, obtivemos a parte imaginária desse potencial em termos da parte principal da integral envolvendo a parte real do mesmo. A consistência deste método foi verificada através da comparação entre este potencial empírico e o potencial de polarização efetivo determinado a partir de um acoplamento específico de canais. Foram também calculados o primeiro e segundo momentos da distribuição de momentos angulares da seção de choque parcial de fusão. / Using an effective one channel model which contains channel coupling effects through the presence of an inclusive energy dependent polarization potential, we studied sub - barrier fusion of the systems A1Ni + A2Ni and 16O+ASm . With the aid of an inverse dispersion relation, we obtained the imaginary part of this potential. The consistency of this method is c hecked by comparing this empirical polarization potential with the one determined from the explicit consideration of a specific channel coupling. The first and the second moments of the angular momentum distribuition of the partial fusion cross-section were calculated also.

Com o objetivo de estudar o processo de fusão entre íons pesados, realizamos medidas da seção de choque do processo de fusão nuclear para o sistema 16O + 60Ni no intervalo de energia de bombardeio ao redor da barreira coulombiana (ELAB -> 40 - 72 mEv). A técnica utilizada para a detecção dos resíduos de evaporação do núcleo composto, foi a da medida do tempo de voo, associada a um sistema de deflexão eletrostática para separar esses resíduos, das partículas com massa perto da do feixe incidente. As distribuições angulares dos resíduos de evaporação foram medidas no intervalo angular de 2° <= ? <= 18°. A função de excitação de fusão foi analisada inicialmente via modelo de penetração de barreira unidimensional que mostrou subestimar a seção de choque de fusão em energias em torno e abaixo da barreira coulombiana; desta forma procuramos ajustar os dados desta região, através do modelo de canais acoplados, que não se mostrou totalmente satisfatório. Em energias acima da barreira (na região de anomalia) também foram detectados desvios dos dados experimentais com relação às previsões teóricas do modelo unidimensional, que são explicados através de considerações de potenciais ópticos. Com o objetivo de se obter uma melhor compreensão de efeitos de estrutura nuclear nos processos de reação envolvidos, comparamos o sistema até aqui citado com o sistema 18O + 58Ni (que leva ao mesmo núcleo composto do sistema 16O + 60Ni). A comparação revelou que o primeiro sistema possui um aumento significativo na seção de choque de fusão na região subcoulombiana, em relação ao 16O + 60Ni. Isto pode estar relacionado com o fato de que as estruturas internas dos núcleos são diferentes, mas não nos foi possível confirmar esta afirmação. / With the objective to study the process of fusion between heavy ions, we measured the nuclear fusion cross section for the system 16O + 60Ni, at an energy range around the Coulomb barrier (ELAB -> 40 - 72 mEv). In order to detect the evaporation residues following the fusion process, the time of flight method was adopted in conjunction with an electrostatic deflector capable of separating the evaporations residues from the beam particles. The angular distributions of the evaporation residues were measured in the angular range of 2° <= ? <= 18°. The excitation function was analyzed using the unidimensional barrier penetration model. Theoretical fusion cross sections obtained from this analysis were smaller than our measured values, in the energy region near and below the Coulomb barrier. In order to discover which channels enhance the fusion cross section in this region, a coupled channel calculation was performed, but did not lead to satisfactory results. Theoretical predictions for the unidimensional model were compared to the experimental fusion cross section (anomaly region). We compared the systems 18O + 58Ni and 16O + 60Ni (which lead to the same compound nucleus) to understand the nuclear structure effects in the reaction process. This comparison showed that the cross section of the first system is larger than for 16O + 60Ni, at energies below the Coulomb barrier. This could be possibly to the different internal structures of the nuclei, but it was not possible to confirm this affirmation.