Orientador: Ricardo Magnus Osorio Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-15T03:53:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_GlauciaMariaGleibede_M.pdf: 1785751 bytes, checksum: ff3d389a11542ca8ef20be7b281065f9 (MD5) Previous issue date: 1980 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar a estabilidade do Modo Kink Interno e do Modo Kink Central em plasmas cilíndricos, MHD ideais, devido a variações de pressão e diferentes perfis de corrente. Utiliza-se a equação de Euler para estabilidade-s derivada por Goedbloed e Sakanaka. A análise do problema é baseada num método de teoria de camada limite, onde efeitos devido à inércia do plasma só são considerados numa pequena camada, no entorno do ponto onde a perturbação é paralela às linhas de campo. Para o Modo Kink Interno é feito também a análise numérica, integrando-se uma equação de valor característico. Calculou-se a razão de crescimento da instabilidade para os dois modos para diferentes perfis de pressão e corrente. Verificou-se que tanto para o Modo Kink Interno quanto para o Modo Kink Central, a razão de crescimento torna-se maior com o aumento nas variações destes perfis. Mas para o Modo Kink Interno obteve-se uma redução de até 50% na razão de crescimento, comparada com os resultados obtidos por Rosenbluth et al. Para o Modo Kink Central constatou-se que a razão de crescimento é proporcional ao b do plasma e às derivadas da pressão e corrente / Abstract: The objective of this work is to study the stability of the Internal Kink and Central Kink modes in ideal MHD cylindrical plasmas due to the pressure variations and the different current profiles. It was used the s - Euler equation derived by Goedbloed and Sakanaka. Its analysis is based on the boundary layer method, where the effects due to the plasma inertia are only considered in a boundary layer in the neighborhood of the surface where the perturbation is parallel to the field lines. For the internal Kink mode a numerical analysis is also done by integrating the Euler equation. It was calculated the growth rate of the two modes for the different pressure and current profiles. It was verified that for both, the Internal Kink and Central Kink modes, the growth rate becomes larger as the derivative of these profiles increases. However, for the Internal Kink mode, one obtains a reduction of up to 50% in the growth rate calculated by Rosenbluth et al. For the Central Kink mode, one notices that the growth rate is proportional to b of the plasma and to the derivatives of the pressure and current / Mestrado / Física / Mestre em Física

Submitted by Danielle Karla Martins Silva (danielle.martins@ufpe.br) on 2015-03-06T13:44:32Z No. of bitstreams: 2 Wendson A S Barbosa - Dissertação de Mestrado 2012.pdf: 3141709 bytes, checksum: 6bbb54bc2a5292e64045fab6e35604c8 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T13:44:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Wendson A S Barbosa - Dissertação de Mestrado 2012.pdf: 3141709 bytes, checksum: 6bbb54bc2a5292e64045fab6e35604c8 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / Capes / Os lasers de semicondutor são conhecidos desde a década de 60. Sua dinâmica não-linear e comportamento caótico tem sido estudado adicionando mais um grau de liberdade às duas equações de taxa que descrevem a dinâmica desses tipos de lasers. Essa adição do grau de liberdade extra pode ser feita, por exemplo, através de uma injeção de luz externa no laser, uma realimentação ótica, modulação na perda ou através de uma modulação na corrente de bombeio. Nessa dissertação é feita primeiramente uma revisão sobre semicondutores abordando pontos como, por exemplo, o funcionamento de uma junção p-n. Em seguida descrevemos a caracterização do efeito laser nos semicondutores através das equações de Maxwell levando em conta a interação do campo eletromagnético com o meio material dentro da cavidade ressonante, o que resulta nas equações de taxa que descrevem toda a dinâmica do laser de semicondutor. Por fim, é feito um estudo, com simulações numéricas usando a linguagem de programação C++ e método de integração Runge-Kutta de 4ª ordem, das instabilidades na intensidade do laser operando no regime mono-modo com corrente de injeção modulada por uma frequência da ordem da frequência das oscilações de relaxação. Variando a amplitude ou a frequência da modulação é possível obter uma rota para o caos através de uma série de dobramentos de períodos que podem ser vistos nos diagramas de bifurcações calculados numericamente. Também é destacada a importância da saturação do ganho e da emissão espontânea no aparecimento ou não do comportamento caótico.

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo631_1.pdf: 4675641 bytes, checksum: 9f35aae9bc57800f3646debd4fc6b53f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Universidade Federal de Pernambuco / A instabilidade de Saffman-Taylor surge na interface que separa dois fluidos viscosos confinados no estreito espaço entre duas placas planas e paralelas. Tal dispositivo define o que chamamos de célula de Hele-Shaw. É conhecido que se injetarmos um fluido menos viscoso em um mais viscoso, já contido entre as placas, observa-se a formação de dedos viscosos . Com o passar do tempo, os dedos bifurcam sucessivamente produzindo uma morfologia intensamente ramificada. Uma interessante variação do problema de Saffman-Taylor usual ocorre se, ao invés de injetarmos, levantarmos a placa superior da célula de Hele-Shaw mantendo imóvel a placa inferior. Neste caso, observa-se uma intensa competição entre os dedos do fluido menos viscoso que penetram no mais viscoso. Nesta dissertação, desenvolvemos uma teoria perturbativa de modos acoplados que visa o controle destas instabilidades. No caso da injeção, os padrões podem ser disciplinados se a taxa temporal de injeção escala com o tempo com expoente -1/3. Por outro lado, na situação de espaçamento variável entre as placas, as instabilidades de interface são suprimidas se a distância entre as placas escala no tempo com expoente -2/7. Um processo alternativo de controle das instabilidades pode ser obtido considerando-se um sistema onde a placa superior da célula de Hele-Shaw oscila periodicamente no tempo. Encontramos, também por uma teoria perturbativa, que para estágios iniciais da dinâmica da interface, observa-se que a frequência e amplitude de oscilação da placa superior têm um significante papel na determinação do número de dedos gerados. Também verificamos a influência desses fatores no mecanismo de competição e bifurcação entre os dedos viscosos

Neste trabalho foram estudadas instabilidades magnetohidrodinâmicas (MHD) utilizando um novo sistema bolométrico que foi instalado no tokamak TCABR para medidas da evolução temporal da potência irradiada. Este novo sistema conta com 24 cordas verticais, capazes de mapear toda uma secção poloidal da coluna de plasma com resolução espacial de aproximadamente 2 cm e uma resolução temporal de 20 µs. Como se sabe, as instabilidades MHD degradam o connamento do plasma e modicam a topologia das superfícies magnéticas, causando a perda da energia do plasma. Por conta disso, compreender essas instabilidades é fundamental para o sucesso dos futuros reatores de fusão nuclear. As perturbações (oscilações) causadas pelas instabilidades MHD modulam diversos parâmetros macroscópicos do plasma como a densidade, a temperatura e a potência irradiada. Então, utilizando o diagnóstico bolométrico, é possível medir as oscilações no perl de potência irradiada e, a partir deles, extrair informações importantes para determinar a origem e as características de tais instabilidades. No tokamak TCABR, as instabilidades foram caracterizadas através da análise espectral dos 24 sinais provenientes do novo sistema bolométrico. Para auxiliar a caracterização das instabilidades, um programa foi desenvolvido em Matlab para simular as medidas das perturbações no perl de potência irradiada. Através do mesmo procedimento de análise espectral, os resultados simulados foram comparados aos experimentais de forma que os parâmetros simulados, como largura e posição das ilhas magnéticas, fossem ajustados aos experimentais. Através dessa metodologia de análise, que combina simulação e experimento, foi possível caracterizar diversas instabilidades como o precursor dos dentes de serra e ilhas magnéticas de modos m = 2 e m = 3. / In this dissertation, magnetohydrodynamic (MHD) instabilities were investigated using a new bolometric system that was installed in the TCABR tokamak for radiation power measurements. This diagnostic is composed by 24 vertical chords that provide a full view of the poloidal cross section of the plasma column and provides spatial and temporal proles with approximately 2 cm space and 20 µs time resolution. As it is well known, the MHD instabilities degrade the plasma connement and modify the magnetic topology, leading to energy loss from the plasma. Therefore, the understanding of these instabilities is essential for the success of the controlled thermonuclear fusion reactors. The MHD instabilities also cause perturbations (oscillations) in various macroscopic parameters, such as plasma density, temperature, and radiated power. Therefore, the oscillations in the radiated power prole measured by the bolometric diagnostic system provide a possibility to investigate the origin and features of the instabilities. In the TCABR tokamak, the instabilities were characterized by spectral analysis of the 24 vertical chords of the bolometric signals. In addition, a Matlab program was developed to simulate the integral characteristic of the oscillations in the radiated power measured by the bolometric system. The spectral analysis of the simulated signals is then compared with the spectral analysis of the bolometric signals. The simulated parameters, island width and radial position, were then adjusted to t the experimental spectrum results. Using this method of analysis, which combines experiment and simulation, it was possible to characterize various instabilities, such as sawtooth precursor and m = 2 and m = 3 magnetic islands.

Analisam-se as instabilidades eletrostáticas ocasiona das pela injeção de um feixe de íons num plasma magnetizado, in finito, homogé- neo e sem colisões, como um possível mecanismo de aquecimento do plasma. A direção do feixe é suposta formar um ângulo arbitrário com relação ao campo magnético. As razões de cres cimento das instabilidades são calculadas para diversas freqbencias naturais de oscilação do plasma, discutindo-se as restrições que essas instabilidades impõem ao ingulo de injeção e i densidade do feixe. Para freqbencias próximas i freqbencia hibri da inferior, analisam-se os modos íon-íon transversal ao campo e a instabilidade das duas correntes modificada. Para freqüencias na região da fregüéncia acústica iOnica, consideram-se quatro ca sos limites do modo íon-acústico, com distintas características. Estuda-se também um modo íon-acústico modificado, cujas ondas, para parãmetros adequadamente escolhidos, possuem velocidade de fase comparável a das ondas acústicas lentas. As equações dos momenta da teoria quasilinear são usa das para o cálculo da variação temporal do momentum e da energia térmica de cada componente do plasma, na presença das instabili dades. Os Tons do plasma são aquecidos pela maior parte das on das, excessões feitas is instabilidades no modo das duas correntes modificado e is instabilidades em um dos modos íon-acústicos. / Electrostatic instabilities excited by an energetic ion beam injected at an arbitrary angle with respect to the magnetic field in a infinite,homogeneous, collisionless plasma are examined as a possible plasma heating mechanism. The instability growth rates are calculated for several natural oscillation frequencies of the plasma, and threshold conditions on the angle of injection and on the beam density are derived for the instabilities. For frequencies near the lower-hybrid frequency, the cross-field ion-ion mode and the modified two-stream instability are analized. When the frequency is Glose to the ion-acoustic frequency, four limiting cases of the ion-acoustic mode, with distinct characteristics, are considered. A modified ion-acoustic mode, which propagates with a phase velocity comparable to the phase velocity of the slow acoustic waves, for appropriately chosen parameters, is also derived. The quasilinear moment equations are used to calculate the time evolution of the momentum and the thermal energy of each plasma component in the presence of the instabilities. The background ions are heated by most of the instabilities, exceptions being the modified two-stream mode and one of the ion-acoustic modes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2063.pdf: 4236458 bytes, checksum: 6ec4d9bb25ad55b37fc22de7495a85d9 (MD5) Previous issue date: 2008-10-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / If a type-II superconductor is cooled down in a zero applied field and subsequently an external field, larger than the first critical field, is applied, vortices enter through the sample borders until they are captured by pinning centers. As a consequence, the system achieves an inhomogeneous flux distribution, with a higher density of vortices near the border that progressively decreases toward the center of the sample. Under a small perturbation this self-organized state can lead to vortex avalanches that rush into the sample due to a thermomagnetic instability process. The motion of magnetic flux generates heat, which suppresses flux pinning and facilitates further flux motion. This provides a positive feedback mechanism that can result in a thermal runaway. The experimental study was accomplished through two techniques: bulk DC magnetometry and magneto-optical imaging. Under certain circumstances, avalanches develop as jumps in magnetization measurements and can also be seen in real time imaging. We have carried out a systematic study of the parameters involved in the occurrence of flux avalanches in superconducting thin films, submitted to perpendicular magnetic fields, a geometry which leads to dendritic profiles of flux penetration. The threshold values of field and temperature that encompass the region where avalanches to develop, as well as the instability boundary dependence on the film thickness, were identified. We have verified how an AC magnetic field influences on vortex avalanches and on the boundaries of instabilities. The study was also performed with an aluminum disk nearby the superconducting film, which suppresses vortex avalanches partially or totally, depending on the distance between film and disk, bringing the material to recover its capability of screening abrupt penetration of magnetic flux. / Se um supercondutor do tipo II for resfriado na ausência de um campo magnético e, posteriormente, um campo externo maior do que o campo crítico inferior, for aplicado, vórtices penetram pelas bordas até serem ancorados por centros de aprisionamento. Como conseqüência, o sistema alcança uma distribuição de fluxo inomogênea, com uma alta densidade de vórtices próxima às bordas, que diminui progressivamente em direção ao centro da amostra. Sob uma pequena perturbação este estado auto-organizado pode levar a avalanches de vórtices, que são precipitadas em decorrência de um processo de instabilidade termomagnética. O movimento do fluxo magnético promove um aquecimento, que suprime as forças de ancoramento dos vórtices e facilita o movimento adicional do fluxo nas suas vizinhanças. Esta dinâmica se realimenta positivamente e pode resultar num descontrole térmico. O estudo experimental foi realizado empregando duas técnicas: magnetometria volumétrica DC e produção de imagens por magneto-ótica. Em certas circunstâncias, as avalanches se manifestam como saltos nas medidas de magnetização e também podem ser visualizadas em tempo real através de imagens. Executamos um estudo sistemático dos parâmetros envolvidos na ocorrência das avalanches de fluxo em filmes supercondutores, submetidos a campos magnéticos perpendiculares, geometria que propicia um perfil dendrítico de penetração. Identificamos os valores limiares de campo e temperatura que delimitam a região onde as avalanches ocorrem e a dependência do contorno desta região com a espessura do filme. Verificamos o efeito de um campo magnético alternado na ocorrência das avalanches e no contorno da região de instabilidades. O estudo se estendeu também à investigação da influência de um disco de alumínio nas proximidades do filme supercondutor, o qual suprime as avalanches de vórtices de forma parcial ou total, dependendo de sua distância em relação ao filme, recapacitando o material a blindar penetrações abruptas de fluxo magnético.

Analisam-se as instabilidades eletrostáticas ocasiona das pela injeção de um feixe de íons num plasma magnetizado, in finito, homogé- neo e sem colisões, como um possível mecanismo de aquecimento do plasma. A direção do feixe é suposta formar um ângulo arbitrário com relação ao campo magnético. As razões de cres cimento das instabilidades são calculadas para diversas freqbencias naturais de oscilação do plasma, discutindo-se as restrições que essas instabilidades impõem ao ingulo de injeção e i densidade do feixe. Para freqbencias próximas i freqbencia hibri da inferior, analisam-se os modos íon-íon transversal ao campo e a instabilidade das duas correntes modificada. Para freqüencias na região da fregüéncia acústica iOnica, consideram-se quatro ca sos limites do modo íon-acústico, com distintas características. Estuda-se também um modo íon-acústico modificado, cujas ondas, para parãmetros adequadamente escolhidos, possuem velocidade de fase comparável a das ondas acústicas lentas. As equações dos momenta da teoria quasilinear são usa das para o cálculo da variação temporal do momentum e da energia térmica de cada componente do plasma, na presença das instabili dades. Os Tons do plasma são aquecidos pela maior parte das on das, excessões feitas is instabilidades no modo das duas correntes modificado e is instabilidades em um dos modos íon-acústicos. / Electrostatic instabilities excited by an energetic ion beam injected at an arbitrary angle with respect to the magnetic field in a infinite,homogeneous, collisionless plasma are examined as a possible plasma heating mechanism. The instability growth rates are calculated for several natural oscillation frequencies of the plasma, and threshold conditions on the angle of injection and on the beam density are derived for the instabilities. For frequencies near the lower-hybrid frequency, the cross-field ion-ion mode and the modified two-stream instability are analized. When the frequency is Glose to the ion-acoustic frequency, four limiting cases of the ion-acoustic mode, with distinct characteristics, are considered. A modified ion-acoustic mode, which propagates with a phase velocity comparable to the phase velocity of the slow acoustic waves, for appropriately chosen parameters, is also derived. The quasilinear moment equations are used to calculate the time evolution of the momentum and the thermal energy of each plasma component in the presence of the instabilities. The background ions are heated by most of the instabilities, exceptions being the modified two-stream mode and one of the ion-acoustic modes.

Neste trabalho foram estudadas instabilidades magnetohidrodinâmicas (MHD) utilizando um novo sistema bolométrico que foi instalado no tokamak TCABR para medidas da evolução temporal da potência irradiada. Este novo sistema conta com 24 cordas verticais, capazes de mapear toda uma secção poloidal da coluna de plasma com resolução espacial de aproximadamente 2 cm e uma resolução temporal de 20 µs. Como se sabe, as instabilidades MHD degradam o connamento do plasma e modicam a topologia das superfícies magnéticas, causando a perda da energia do plasma. Por conta disso, compreender essas instabilidades é fundamental para o sucesso dos futuros reatores de fusão nuclear. As perturbações (oscilações) causadas pelas instabilidades MHD modulam diversos parâmetros macroscópicos do plasma como a densidade, a temperatura e a potência irradiada. Então, utilizando o diagnóstico bolométrico, é possível medir as oscilações no perl de potência irradiada e, a partir deles, extrair informações importantes para determinar a origem e as características de tais instabilidades. No tokamak TCABR, as instabilidades foram caracterizadas através da análise espectral dos 24 sinais provenientes do novo sistema bolométrico. Para auxiliar a caracterização das instabilidades, um programa foi desenvolvido em Matlab para simular as medidas das perturbações no perl de potência irradiada. Através do mesmo procedimento de análise espectral, os resultados simulados foram comparados aos experimentais de forma que os parâmetros simulados, como largura e posição das ilhas magnéticas, fossem ajustados aos experimentais. Através dessa metodologia de análise, que combina simulação e experimento, foi possível caracterizar diversas instabilidades como o precursor dos dentes de serra e ilhas magnéticas de modos m = 2 e m = 3. / In this dissertation, magnetohydrodynamic (MHD) instabilities were investigated using a new bolometric system that was installed in the TCABR tokamak for radiation power measurements. This diagnostic is composed by 24 vertical chords that provide a full view of the poloidal cross section of the plasma column and provides spatial and temporal proles with approximately 2 cm space and 20 µs time resolution. As it is well known, the MHD instabilities degrade the plasma connement and modify the magnetic topology, leading to energy loss from the plasma. Therefore, the understanding of these instabilities is essential for the success of the controlled thermonuclear fusion reactors. The MHD instabilities also cause perturbations (oscillations) in various macroscopic parameters, such as plasma density, temperature, and radiated power. Therefore, the oscillations in the radiated power prole measured by the bolometric diagnostic system provide a possibility to investigate the origin and features of the instabilities. In the TCABR tokamak, the instabilities were characterized by spectral analysis of the 24 vertical chords of the bolometric signals. In addition, a Matlab program was developed to simulate the integral characteristic of the oscillations in the radiated power measured by the bolometric system. The spectral analysis of the simulated signals is then compared with the spectral analysis of the bolometric signals. The simulated parameters, island width and radial position, were then adjusted to t the experimental spectrum results. Using this method of analysis, which combines experiment and simulation, it was possible to characterize various instabilities, such as sawtooth precursor and m = 2 and m = 3 magnetic islands.

Analisam-se as instabilidades eletrostáticas ocasiona das pela injeção de um feixe de íons num plasma magnetizado, in finito, homogé- neo e sem colisões, como um possível mecanismo de aquecimento do plasma. A direção do feixe é suposta formar um ângulo arbitrário com relação ao campo magnético. As razões de cres cimento das instabilidades são calculadas para diversas freqbencias naturais de oscilação do plasma, discutindo-se as restrições que essas instabilidades impõem ao ingulo de injeção e i densidade do feixe. Para freqbencias próximas i freqbencia hibri da inferior, analisam-se os modos íon-íon transversal ao campo e a instabilidade das duas correntes modificada. Para freqüencias na região da fregüéncia acústica iOnica, consideram-se quatro ca sos limites do modo íon-acústico, com distintas características. Estuda-se também um modo íon-acústico modificado, cujas ondas, para parãmetros adequadamente escolhidos, possuem velocidade de fase comparável a das ondas acústicas lentas. As equações dos momenta da teoria quasilinear são usa das para o cálculo da variação temporal do momentum e da energia térmica de cada componente do plasma, na presença das instabili dades. Os Tons do plasma são aquecidos pela maior parte das on das, excessões feitas is instabilidades no modo das duas correntes modificado e is instabilidades em um dos modos íon-acústicos. / Electrostatic instabilities excited by an energetic ion beam injected at an arbitrary angle with respect to the magnetic field in a infinite,homogeneous, collisionless plasma are examined as a possible plasma heating mechanism. The instability growth rates are calculated for several natural oscillation frequencies of the plasma, and threshold conditions on the angle of injection and on the beam density are derived for the instabilities. For frequencies near the lower-hybrid frequency, the cross-field ion-ion mode and the modified two-stream instability are analized. When the frequency is Glose to the ion-acoustic frequency, four limiting cases of the ion-acoustic mode, with distinct characteristics, are considered. A modified ion-acoustic mode, which propagates with a phase velocity comparable to the phase velocity of the slow acoustic waves, for appropriately chosen parameters, is also derived. The quasilinear moment equations are used to calculate the time evolution of the momentum and the thermal energy of each plasma component in the presence of the instabilities. The background ions are heated by most of the instabilities, exceptions being the modified two-stream mode and one of the ion-acoustic modes.