Resumo O conhecimento dos parâmetros macroscópicos do plasma, tais como a densidade e temperatura, bem como sua evolução e dependência espacial são fundamentais para a compreensão e controle do plasma. Esses parâmetros são essenciais para descrição dos eventos associados a fenômenos de transporte, atividade MHD, estudos de regime de confinamento melhorado (modo H), entre outros. O perfil de temperatura e densidade de íons e elétrons caracteriza um parâmetro extremamente importante em plasmas termonucleares que é o perfil de pressão. Para obter esses perfis foram utilizados os principais diagnósticos disponíveis no tokamak TCABR: espalhamento Thomson, interferometria, reflectometria, ECE e diagnósticos espectroscópicos. O espalhamento Thomson é capaz de determinar o perfil de temperatura e densidade eletrônica durante o disparo; já o diagnóstico ECE é capaz de medir a temperatura eletrônica sob certas condições de descargas. Já os diagnósticos de interferometria e reflectometria medem a densidade eletrônica integrada e a densidade eletrônica local, respectivamente. Por fim, o perfil de temperatura iônica pode ser estimado através do alargamento Doppler das linhas de emissão de impurezas. Tais dados são usados para reconstrução do perfil de pressão, em diferentes tipos de descargas no tokamak, bem como possibilitar a reconstrução do equilíbrio. Não obstante, esses diagnósticos podem fornecer informações como estimativa do Z efetivo do plasma, da velocidade de rotação, e das condições que promovem disrupção no TCABR / The knowledge of the plasma macroscopic parameters such as density and temperature as well as their temporal and spatial evolution are fundamental to the understanding and control of the plasma. These parameters are essential for description of events associated with transport phenomena, magnetohydrodynamics (MHD) activity, improved confinement studies (H mode), among others. The temperature and density profiles of electrons and ions define an extremely important parameter in thermonuclear plasmas that is the pressure profile. To measure these profiles we used all the main diagnostics available in the TCABR tokamak: Thomson scattering, interferometry, reflectometry, ECE and spectroscopic diagnostics. The Thomson scattering is able to determine the local electron temperature and density in the plasma discharge; ECE diagnostic is also able to measure the local electron temperature under certain plasma discharge conditions. And the interferometric and reflectometric diagnostics measure the line-integrated electronic density and the local electronic density, respectively. Finally, the ion temperature profile can be estimated by the Doppler broadening of the impurity line emissions. These data are used to reconstruct the pressure profile in different types of discharges in tokamak, and to enable the MHD equilibrium reconstruction. Nevertheless, these analyzes can provide information to estimate the plasma Z effective, plasma rotation velocity, and the conditions that promote the disruption in the TCABR.

Resumo O conhecimento dos parâmetros macroscópicos do plasma, tais como a densidade e temperatura, bem como sua evolução e dependência espacial são fundamentais para a compreensão e controle do plasma. Esses parâmetros são essenciais para descrição dos eventos associados a fenômenos de transporte, atividade MHD, estudos de regime de confinamento melhorado (modo H), entre outros. O perfil de temperatura e densidade de íons e elétrons caracteriza um parâmetro extremamente importante em plasmas termonucleares que é o perfil de pressão. Para obter esses perfis foram utilizados os principais diagnósticos disponíveis no tokamak TCABR: espalhamento Thomson, interferometria, reflectometria, ECE e diagnósticos espectroscópicos. O espalhamento Thomson é capaz de determinar o perfil de temperatura e densidade eletrônica durante o disparo; já o diagnóstico ECE é capaz de medir a temperatura eletrônica sob certas condições de descargas. Já os diagnósticos de interferometria e reflectometria medem a densidade eletrônica integrada e a densidade eletrônica local, respectivamente. Por fim, o perfil de temperatura iônica pode ser estimado através do alargamento Doppler das linhas de emissão de impurezas. Tais dados são usados para reconstrução do perfil de pressão, em diferentes tipos de descargas no tokamak, bem como possibilitar a reconstrução do equilíbrio. Não obstante, esses diagnósticos podem fornecer informações como estimativa do Z efetivo do plasma, da velocidade de rotação, e das condições que promovem disrupção no TCABR / The knowledge of the plasma macroscopic parameters such as density and temperature as well as their temporal and spatial evolution are fundamental to the understanding and control of the plasma. These parameters are essential for description of events associated with transport phenomena, magnetohydrodynamics (MHD) activity, improved confinement studies (H mode), among others. The temperature and density profiles of electrons and ions define an extremely important parameter in thermonuclear plasmas that is the pressure profile. To measure these profiles we used all the main diagnostics available in the TCABR tokamak: Thomson scattering, interferometry, reflectometry, ECE and spectroscopic diagnostics. The Thomson scattering is able to determine the local electron temperature and density in the plasma discharge; ECE diagnostic is also able to measure the local electron temperature under certain plasma discharge conditions. And the interferometric and reflectometric diagnostics measure the line-integrated electronic density and the local electronic density, respectively. Finally, the ion temperature profile can be estimated by the Doppler broadening of the impurity line emissions. These data are used to reconstruct the pressure profile in different types of discharges in tokamak, and to enable the MHD equilibrium reconstruction. Nevertheless, these analyzes can provide information to estimate the plasma Z effective, plasma rotation velocity, and the conditions that promote the disruption in the TCABR.

In the present work, Current Reversal Equilibrium Configurations (CRECs) in the context of Magnetohydrodinamic (MHD) equilibrium are considered. The hamiltonian nature of the magnetic field lines is used to introduce the concept of magnetic surfaces and their relation to the Grad-Shafranov (G-S) equation. From a geometrical perspective and the Maxwell equations, it is shown that current reversal configurations in two-dimensional equilibrium do not generate the usual nested topology of the equilibrium magnetic surfaces. The concept of intersecting critical curves is introduced to describe the CRECs and recently published equilibria are shown to be compatible with such description. The equilibrium with a single magnetic island is constructed analytically, through a local successive approximations method, valid for any choice of the source functions of the G-S equation. From the local solution, an estimate of the island width in terms of simple quantities is deduced and verified to a good accuracy with recently published CRECs; the accuracy of this simple model suggests the existence of strong topological constraints in the formation of the equilibria. Lastly, an instability mechanism is conjectured to explain the lack of conclusive experimental evidence of reversed currents, in favor of the current clamp hypothesis. / No presente trabalho, as configurações de equilíbrio com corrente reversa (CRECs), são consideradas no contexto de Equilíbrio Magnetoidrodinâmico. A natureza hamiltoniana das linhas de campo magnético é usada para introduzir o conceito de superfícies magnéticas, e sua relação com a equação de Grad-Shafranov (G-S). Desde uma perspectiva geométrica e usando as equações de Maxwell, é demonstrado que as configurações de corrente reversa em equilíbrios bidimensionais não é compativel com as topologias aninhadas usuais para as superfícies magnéticas de equilíbrio. O conceito de curvas críticas é introduzido para descrever as CRECs e é observado que os equilíbrios recentemente publicados satisfazem esta descrição. O equilíbrio com uma única ilha magnética é construído analiticamente, por meio de aproximações sucessivas locais, este é válido para qualquer escolha das funções arbitrárias da equação G-S. A partir da solução local, se desenvolve uma estimativa do tamanho da ilha magnética em termos de quantidades simples. Esta estimativa concorda bem com as CRECs da literatura recente, sugerindo pela simplicidade do modelo, que existem fortes restrições topológicas no estabelecimento do equilíbrio. Finalmente, na forma de conjectura, introduzimos um mecanismo para instabilidades que tenta dar conta da falta de evidência experimental conclusiva em relação às CRECs em favor da hipótese de corrente unidirecional (current clamp).

This thesis presents the magnetic fields of the COMPASS tokamak and work done during the COMPASS reinstallation in the Czech Republic. The geometry, vacuum magnetic fields and Power Supplies for the poloidal field coils circuits are described in the technical part of the thesis. The design of Power Supplies filters and improvements in the controller algorithm are also introduced. The MHD equilibrium reconstruction code EFIT++ and implementation of the induced currents model are described in the physical part of the thesis. The EFIT++ code was adapted for COMPASS. The utilization of the EFIT++ code for the COMPASS operation is shown. The global power balance in the non-stationary phases of the tokamak discharge is explained and examples are shown. The attached articles describe Power Supplies and tokamak feedback system developed for the COMPASS plasma control. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

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In the present work, Current Reversal Equilibrium Configurations (CRECs) in the context of Magnetohydrodinamic (MHD) equilibrium are considered. The hamiltonian nature of the magnetic field lines is used to introduce the concept of magnetic surfaces and their relation to the Grad-Shafranov (G-S) equation. From a geometrical perspective and the Maxwell equations, it is shown that current reversal configurations in two-dimensional equilibrium do not generate the usual nested topology of the equilibrium magnetic surfaces. The concept of intersecting critical curves is introduced to describe the CRECs and recently published equilibria are shown to be compatible with such description. The equilibrium with a single magnetic island is constructed analytically, through a local successive approximations method, valid for any choice of the source functions of the G-S equation. From the local solution, an estimate of the island width in terms of simple quantities is deduced and verified to a good accuracy with recently published CRECs; the accuracy of this simple model suggests the existence of strong topological constraints in the formation of the equilibria. Lastly, an instability mechanism is conjectured to explain the lack of conclusive experimental evidence of reversed currents, in favor of the current clamp hypothesis. / No presente trabalho, as configurações de equilíbrio com corrente reversa (CRECs), são consideradas no contexto de Equilíbrio Magnetoidrodinâmico. A natureza hamiltoniana das linhas de campo magnético é usada para introduzir o conceito de superfícies magnéticas, e sua relação com a equação de Grad-Shafranov (G-S). Desde uma perspectiva geométrica e usando as equações de Maxwell, é demonstrado que as configurações de corrente reversa em equilíbrios bidimensionais não é compativel com as topologias aninhadas usuais para as superfícies magnéticas de equilíbrio. O conceito de curvas críticas é introduzido para descrever as CRECs e é observado que os equilíbrios recentemente publicados satisfazem esta descrição. O equilíbrio com uma única ilha magnética é construído analiticamente, por meio de aproximações sucessivas locais, este é válido para qualquer escolha das funções arbitrárias da equação G-S. A partir da solução local, se desenvolve uma estimativa do tamanho da ilha magnética em termos de quantidades simples. Esta estimativa concorda bem com as CRECs da literatura recente, sugerindo pela simplicidade do modelo, que existem fortes restrições topológicas no estabelecimento do equilíbrio. Finalmente, na forma de conjectura, introduzimos um mecanismo para instabilidades que tenta dar conta da falta de evidência experimental conclusiva em relação às CRECs em favor da hipótese de corrente unidirecional (current clamp).