A new resistive Geodesic Acoustic Mode (GAM) theory is developed by two-fluids analysis and resistive gyro-kinetic formulation in this thesis. An analytical expression is obtained for the resistive GAM frequency. This theory suggests a large collision frequency will prohibit the parallel current in tokamak, which establishes the cross-field charge neutrality condition ∇·J⊥= 0 for the existence of GAM at the edge plasma of tokamak. Therefore, the resistive GAM theory provides a more plausible explanation to edge GAM phenomena. Various probe arrays are designed and installed in the STOR-M tokamak to search for the poloidal GAM phenomena. A series of experiments were conducted in the L-mode and RMP discharges. The FFT and wavelet analyses indicate the existence of GAM phenomena in STOR-M, and the observed GAM frequencies match the theoretical predication using the resistive GAM model.

Esta dissertação se propõe a uma investigação teórica sobre a propagação de ondas de Alfvén e geodésicas no plasma de um Tokamak, destacando suas funcionalidades na viabilidade da construção de um futuro reator de fusão nuclear para a produção de energia. O Tokamak se trata de uma câmara toroidal onde o plasma fica confinado sob efeitos de um forte campo magnético a fim de alcançar altas temperaturas, necessárias para atingir as condições necessárias para a fusão nuclear. Foram abordadas as ondas de Alfvén e mais profundamente os Modo Acústico Geodésicos. Para ondas de Alfvén estão descritas, a sua natureza, uma onda comum a qualquer plasma sujeito a um campo magnético, quando devidamente perturbado ondas de Alfvén se propagam ao longo destas linhas de campo, também são relatadas suas possíveis aplicações. É descrito um estudo teórico onde se encontra os modos de Alfvén em coordenadas cilíndricas, uma aproximação para tokamaks com alta razão de aspecto. No caso dos Modos Acústico Geodésicos, GAM, onde sua origem está na curvatura toroidal do Tokamak, se tratam de perturbação de pressão que se propaga poloidalmente, tendo configurações simétricas ao longo do toroide, possuindo número toroidal $N=0$, e número poloidal $M=0,\\pm 1,\\pm 2 , ... $. É abordado suas possíveis aplicações e também um efeito de natureza estranha onde modos de Alfvén interagem com GAM. Por fim, segue uma investigação teórica sobre os efeitos de rotação de elétrons e íons, na forma do fluxo de cada partícula ao longo das linhas de campo magnético, na relação de dispersão e instabilidades de GAM. Em prosseguimento à investigação teórica sobre os efeitos de rotação, segue uma breve análise de dados fornecidos pelo Instituto de Física de Plasma da Academia Tcheca de Ciências, obtidos no COMPASS, onde é demonstrada uma possível correspondência qualitativa da dispersão e instabilidades de GAM com a teoria desenvolvida. / This work intends to present a theorical treatment of Alfven and geodesic wave behavior in tokamak plasma, showing their function on the viability study for the construction of a fusion reactor for energy production. The Tokamak is a toroidal chamber where the plasma stays confined under effects of a strong magnetic field where its can reach high temperature in necessary conditions for nuclear fusion. It is presented the behavior of Alfvén waves and deeper Geodesic Acoustic Modes. For Alfvén waves, it is described it\'s nature, a comum wave in any plasma under magnetic field, when properly perturbed, Alfvén waves can propagate on the magnetic field line, also it is presented possible applications. It\'s presented a theorical treatment where Alfvén modes in cilindrical coordinates, approximation for Tokamak with high aspect ratio. In Geodesic Acoustic Mode, GAM, driven by the todoidal curvature and symmetry of Tokamak, it is showed possible applications and a interaction with Alfvén waves. A perturbation that propagate in poloidal direction, symmetrical in toroidal direction, with toroidal number $N=0$ and poloidal number $M = 0, \\pm 1, \\pm 2 , ...$, a theorical treatment on rotation effects of electrons and ions in form of flux along the magnetic field line, on dispersion relation and instability of GAM is presented. In the end, it is presented a data analysis on COMPASS shoots, where is showed a possible qualitative correspondence between GAM dispersion and instabilities with the theory and experiment.

Esta dissertação se propõe a uma investigação teórica sobre a propagação de ondas de Alfvén e geodésicas no plasma de um Tokamak, destacando suas funcionalidades na viabilidade da construção de um futuro reator de fusão nuclear para a produção de energia. O Tokamak se trata de uma câmara toroidal onde o plasma fica confinado sob efeitos de um forte campo magnético a fim de alcançar altas temperaturas, necessárias para atingir as condições necessárias para a fusão nuclear. Foram abordadas as ondas de Alfvén e mais profundamente os Modo Acústico Geodésicos. Para ondas de Alfvén estão descritas, a sua natureza, uma onda comum a qualquer plasma sujeito a um campo magnético, quando devidamente perturbado ondas de Alfvén se propagam ao longo destas linhas de campo, também são relatadas suas possíveis aplicações. É descrito um estudo teórico onde se encontra os modos de Alfvén em coordenadas cilíndricas, uma aproximação para tokamaks com alta razão de aspecto. No caso dos Modos Acústico Geodésicos, GAM, onde sua origem está na curvatura toroidal do Tokamak, se tratam de perturbação de pressão que se propaga poloidalmente, tendo configurações simétricas ao longo do toroide, possuindo número toroidal $N=0$, e número poloidal $M=0,\\pm 1,\\pm 2 , ... $. É abordado suas possíveis aplicações e também um efeito de natureza estranha onde modos de Alfvén interagem com GAM. Por fim, segue uma investigação teórica sobre os efeitos de rotação de elétrons e íons, na forma do fluxo de cada partícula ao longo das linhas de campo magnético, na relação de dispersão e instabilidades de GAM. Em prosseguimento à investigação teórica sobre os efeitos de rotação, segue uma breve análise de dados fornecidos pelo Instituto de Física de Plasma da Academia Tcheca de Ciências, obtidos no COMPASS, onde é demonstrada uma possível correspondência qualitativa da dispersão e instabilidades de GAM com a teoria desenvolvida. / This work intends to present a theorical treatment of Alfven and geodesic wave behavior in tokamak plasma, showing their function on the viability study for the construction of a fusion reactor for energy production. The Tokamak is a toroidal chamber where the plasma stays confined under effects of a strong magnetic field where its can reach high temperature in necessary conditions for nuclear fusion. It is presented the behavior of Alfvén waves and deeper Geodesic Acoustic Modes. For Alfvén waves, it is described it\'s nature, a comum wave in any plasma under magnetic field, when properly perturbed, Alfvén waves can propagate on the magnetic field line, also it is presented possible applications. It\'s presented a theorical treatment where Alfvén modes in cilindrical coordinates, approximation for Tokamak with high aspect ratio. In Geodesic Acoustic Mode, GAM, driven by the todoidal curvature and symmetry of Tokamak, it is showed possible applications and a interaction with Alfvén waves. A perturbation that propagate in poloidal direction, symmetrical in toroidal direction, with toroidal number $N=0$ and poloidal number $M = 0, \\pm 1, \\pm 2 , ...$, a theorical treatment on rotation effects of electrons and ions in form of flux along the magnetic field line, on dispersion relation and instability of GAM is presented. In the end, it is presented a data analysis on COMPASS shoots, where is showed a possible qualitative correspondence between GAM dispersion and instabilities with the theory and experiment.

O objetivo do presente estudo é a procura de evidências da presença de modos GAM nas descargas do tokamak TCABR, em distintos regimes de operação. As descargas selecionadas foram classicadas segundo a maneira de obter a melhora no connamento do plasma. Nós zemos essa procura nas descargas ôhmicas com incremento espontâneo da densidade do plasma, em descargas onde o plasma foi perturbado externamente pela injeção de ondas de Alfvén e pela alteração do campo elétrico radial via eletrodo de bias. Por causa da natureza eletrostática da oscilação GAM, nas descargas selecionadas foi relevante a presença das sondas eletrostáticas (conhecidas também como sondas de Langmuir). As bobinas de Mirnov foram importantes para identicar as oscilaçes MHD. Diversos métodos de análise espectral e estatístico foram usados na análise dos sinais experimentais como ajuda para identicar os modos GAM. Os métodos usados foram: correlação, espectro de auto-potência, espectro de potência cruzado, coerência e densidade espectral em número de onda e frequência. Para as bobinas de Mirnov, só o espectro de autopot ência foi usado. Os resultados da análise realizada nas descargas com crescimento espontâneo da densidade e nas descargas aquecidas com ondas de Alfvén, não mostram nenhuma presença de GAMs. Nessas descargas somente ocorreu um pequeno incremento na correlação que foi causado pela atividade MHD. Para as descargas com bias, a análise mostra a presença de um modo de f 40KHz, modo que não se observa nas bobinas de Mirnov e que tem simetria poloidal e toroidal. / The goal of the present study is to search for evidences of the presence of GAM modes in plasmas discharges of the TCABR tokamak at dierent operational regimes. The selected discharges were classied according to the way used to obtain plasma improvement of connement. We perform this search in pure ohmic discharges with a spontaneous increment of the plasma density and in discharges where the plasma was externally perturbed by the injection of Alfvén waves and by electrostatic edge biasing. Given the electrostatic nature of the GAM oscillation, in the selected discharges were relevant the presence of electrostatic probes (also known as Langmuir probes). The signals from Mirnov coils was important too, for identify the MHD oscillations. Several statistical and spectral methods were used to analyze the experimental signals in order to helps the identication of the GAM modes, correlation, auto-power spectra, cross-power spectra, coherence and spectral density in wave number and frequency (S(k; f)). For the Mirnov coil just auto-power spectra was used. The results of the analysis performed on the discharges with spontaneous increase of density and for those with Alfvén heating did not show any presence of GAMs. There was just an few increment of the correlation but it was due to the MHD activity. For the discharges with edge biasing, the analysis shows the presence of a f 40kHz mode that was not present in the Mirnov coil and that has toroidal and poloidal symmetry.

O objetivo do presente estudo é a procura de evidências da presença de modos GAM nas descargas do tokamak TCABR, em distintos regimes de operação. As descargas selecionadas foram classicadas segundo a maneira de obter a melhora no connamento do plasma. Nós zemos essa procura nas descargas ôhmicas com incremento espontâneo da densidade do plasma, em descargas onde o plasma foi perturbado externamente pela injeção de ondas de Alfvén e pela alteração do campo elétrico radial via eletrodo de bias. Por causa da natureza eletrostática da oscilação GAM, nas descargas selecionadas foi relevante a presença das sondas eletrostáticas (conhecidas também como sondas de Langmuir). As bobinas de Mirnov foram importantes para identicar as oscilaçes MHD. Diversos métodos de análise espectral e estatístico foram usados na análise dos sinais experimentais como ajuda para identicar os modos GAM. Os métodos usados foram: correlação, espectro de auto-potência, espectro de potência cruzado, coerência e densidade espectral em número de onda e frequência. Para as bobinas de Mirnov, só o espectro de autopot ência foi usado. Os resultados da análise realizada nas descargas com crescimento espontâneo da densidade e nas descargas aquecidas com ondas de Alfvén, não mostram nenhuma presença de GAMs. Nessas descargas somente ocorreu um pequeno incremento na correlação que foi causado pela atividade MHD. Para as descargas com bias, a análise mostra a presença de um modo de f 40KHz, modo que não se observa nas bobinas de Mirnov e que tem simetria poloidal e toroidal. / The goal of the present study is to search for evidences of the presence of GAM modes in plasmas discharges of the TCABR tokamak at dierent operational regimes. The selected discharges were classied according to the way used to obtain plasma improvement of connement. We perform this search in pure ohmic discharges with a spontaneous increment of the plasma density and in discharges where the plasma was externally perturbed by the injection of Alfvén waves and by electrostatic edge biasing. Given the electrostatic nature of the GAM oscillation, in the selected discharges were relevant the presence of electrostatic probes (also known as Langmuir probes). The signals from Mirnov coils was important too, for identify the MHD oscillations. Several statistical and spectral methods were used to analyze the experimental signals in order to helps the identication of the GAM modes, correlation, auto-power spectra, cross-power spectra, coherence and spectral density in wave number and frequency (S(k; f)). For the Mirnov coil just auto-power spectra was used. The results of the analysis performed on the discharges with spontaneous increase of density and for those with Alfvén heating did not show any presence of GAMs. There was just an few increment of the correlation but it was due to the MHD activity. For the discharges with edge biasing, the analysis shows the presence of a f 40kHz mode that was not present in the Mirnov coil and that has toroidal and poloidal symmetry.

La fusion par confinement magnétique est prometteuse en tant que future source d’énergie. Son efficience est cependant limitée par le transport de particules et de chaleur résultant de la turbulence du plasma. Une compréhension approfondie de la turbulence et des mécanismes qui la tempère est donc nécessaire. Le mode géo-acoustique (GAM) est une oscillation de l’écoulement du plasma, radialement localisée, qui contribue à la réduction du transport turbulent en cisaillant le champ de vitesse. Dans cette thèse on étudie le comportement fondamental du GAM par une étude expérimentale systématique de ses propriétés dans le tokamak ASDEX Upgrade. En particulier, le rôle de la géométrie du plasma sur les lois d’évolution de la fréquence et de l’amplitude du GAM, ainsi que sa structure radiale sont étudiés en détail. Les données expérimentales ont été obtenues à l'aide du diagnostic de réflectométrie Doppler par micro-ondes. Le type d’évolution de la fréquence du GAM est comparé à de multiples modèles qui reproduisent la loi de comportement fondamental attendu, mais sans fournir de prédiction précise de manière satisfaisante. L'amplitude GAM est étudiée en relation avec les taux d'amortissement prédits par les modèles pour les processus d'amortissement collisionnel et Landau non collisionnel. On trouve que les effets de largeur d'orbite finie doivent être pris en compte et que les effets d'amortissement collisionnel ne peuvent pas être négligés. En étudiant la structure radiale du GAM, trois états distincts sont identifiés pour différentes conditions de plasma. Les transitions entre ces états sont observées en variant la géométrie du plasma / Magnetic confinement fusion is a promising candidate for a future energy source. Its efficiency is limited by particle and heat transport due to plasma turbulence. A thorough understanding of the turbulence and turbulence moderation mechanisms, is therefore needed. The geodesic acoustic mode (GAM) is a radially localised plasma flow oscillation which contributes to the reduction of turbulent transport through velocity shearing. This thesis investigates the fundamental behaviour of the GAM through a systematic experimental study of its properties in the ASDEX Upgrade tokamak. In particular, the role of the plasma geometry on the scaling of the GAM frequency and amplitude, as well as the GAM radial structure are investigated in detail. The experimental data was obtained with the aid of the microwave Doppler reflectometry diagnostic. The GAM frequency scaling is compared with multiple models which reproduce the expected fundamental scaling behaviour, but do not give a satisfyingly accurate prediction. The GAM amplitude is studied in connection with damping rates predicted by models for collisional and collisionless Landau damping processes. It is found that finite orbit width effects need to be considered and that collisional damping effects cannot be neglected. In studying the GAM radial structure, three distinct states are identified for different plasma conditions. Transitions between these states are observed under variations of the plasma geometry