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.

Tokamaks de baixa razão de aspecto (LART), também chamados tokamaks esféricos (ST), são dispositivos concebidos teoricamente para ter um alto fator beta IND. T, típico de um disposito de efeito estrição de campo reverso (RFP) ou Spheromak (beta IND. T SETA INFINITO, mas com geometria similar a um ultra-LART), porém mantendo o confinamento de um tokamak convencional, adicionado às melhores propriedades de estabilidade. Aqui beta IND. T 3 BARRAS 91/ V IND. p) INT. pdV/(B IND. To POT. 2/ 2mü IND. 0), B IND. To 3 BARRAS B IND. T POT. vac (R IND. 0) e p é a pressão do plasma. START foi o primeiro LART a demonstrar essas caracterísiticas em temperaturas de T IND. i APROXIMADAMENTE IGUAL A T IND. e 10 POT. 2eV. O trabalho descrito nesta tese teve como objetivo o desenvolvimento e a utilização de sistemas de diagnóstivos para o estudo dos regimes de operação da densidade do plasma no START. Desenvolveu-se um interferômetro de dupla-passagem de feixe ao longo do plano médio horizontal do vaso, com a finalidade de medir a densidade média de linha do plasma. Esse interferômetro era composto de um laser HCN (337müm), uma mesa óptica e detectores (díodos Schottky). Mediu-se n BARRA IND. e < 10 POT. 18_ > 2x10 POT. 20m POT. -3. Desenvolveu-se um sistema de pré-ionização por ondas ressonantes elétron-ciclotrônicas, baseado num gerador klystron de 6GHz e P IND. ECR-P < ou =3kW, para o auxílio na ruptura elétrica do gás no regime Tokamak, reduzindo o valor de fluxo magnético necessário para romper e manter a descarga e aumentar sua reprodutibilidade. Observou-se, a pressões de preenchimento 1,1-1,5X10 POT. -5 mbar, uma maior reprodutibilidade da descarga e redução do tempo de ruptura do gás com o aumento de P IND. ECR-P. Colocou-se também em operação um injetor de pastilhas criogênicas (8-9K) de deutério, D IND.2, com o objetivo de aumentar a densidade ) do plasma. Esse era do tipo canhão de gás, de uma única pastilha com valores de massa 3 x 10 IND. 19 átomos e velocidadee de 50-400m/s, propulsiopnadas por gás H IND. 2 (0-4bar). Pastilhas forma injetadas da parte superior do START, quase verticalmente, na região de alto campo magnético do vaso, em regimes ôhmico e aquecido por feixes de partículas neutras (NBI), de alto e baixo beta IND. T, aumentando substancialmente a densidade. Com o uso desses diagnósticos, estudaram-se os regimes de alta e baixa densidade, Com injeção de gás, obteve-se n BARRA IND. e POT. max = 1,0x10 POT.20 densidade de Greenwald N IND. G POT. max APROXIMADAMENTE IGUAL À 0,9) e observou-se a contração da coluna do plasma e o colapso das descargas em duas fases, semelhante ao que ocorre nos Tokamaks convencionais. Observou-se um aumento da densidade com o uso de NBI, mas não da densidade de Greenwald. Obteve-se, também, via injeção de pastilha, simultaneamente, altas densidades (N IND. G 1,0-1,1), grande eficiência de reposição de partículas ( 100%) e melhoria no confinamento em descargas de altos valores de beta IND. T 9 23-27%). É provável que o limite de pressão tenha sido atingido. / Low Aspect Ratio Tokamaks (LARTs) or Spherical Tokamaks (STs) are devices theoretically conceived to have the high toroidal T of the Reversed- Field Pinch and Spheromak (T but similar geometry to an ultra-LART) whilst retaining the confinement of the conventional Tokamak together with improved stability. Here T = (1/Vp) f pdV/ (B2TO/2o) BT= BT (Ro), and p is the plasma pressure. START was the first LART to demonstrate these features at temperatures of Tt ~Te ~102eV. The work described in this thesis has aimed to develop and use diagnostics and their use for studying the density operating regimes on START. A double-pass mid plane interferometer was commissioned for measuring the plasma density. This system was composed by an existing HCN laser (337 ), an optical table, and detectors (Schottky diodes).

Funções de excitação para a reação 10B(14N,p)23Na a ? Lab = 165° e para a reação 10B(14N, ?)20Ne a ? Lab 4° no intervalo de energia de bombardeio de 9,5 MeV a 13 MeV foram investigadas. Em ambas as reações não se encontrou evidência, para vários grupos de partículas observadas, da forte ressonância observada na interação 12C + 12C (correspondente à excitação do estado 12+ a 33,2 MeV no 24Mg). A análise da interação 10B + 14N pelo modelo ótico mostrou que o momento angular disponível não é suficiente para popular o estado 12+ do 14Mg. As duas reações foram estudadas com base na teoria estatística de reações nucleares. As ambiguidades nos parâmetros envolvidos foram discutidas. O bom acordo obtido entre a seção de choque experimental e a seção de choque calculada pelo modelo Hauser-Feshbach indica que o processo dominante é o de núcleo composto. / The excitation functions of reactions 10B(14N,p)23Na and 10B(14N, ?)20Ne were measured at ? Lab = 4° and 165° respectively, varying the incident energy between 9,5 and 13 MeV. There is no evidence, in both reactions, of the resonance observed at ECM = 19,3 MeV in the 12C + 12C interaction (corresponding to the excitation of the 12+ state at 33,2 MeV in 24Mg). Optical model analysis of 10B + 14N interaction shows that the angular momentum of the entrance channel is too low to populate this 12+ state of 24Mg. Predictious of the statistical theory of nuclear reactions are compared with experimental reaction cross sections. The ambiguities in optical model and level density parameters are discussed. Good agreement between experimental and calculated cross sections indicates that the dominant mechanism in these reactions is the compound-nucleus process.

Tokamaks de baixa razão de aspecto (LART), também chamados tokamaks esféricos (ST), são dispositivos concebidos teoricamente para ter um alto fator beta IND. T, típico de um disposito de efeito estrição de campo reverso (RFP) ou Spheromak (beta IND. T SETA INFINITO, mas com geometria similar a um ultra-LART), porém mantendo o confinamento de um tokamak convencional, adicionado às melhores propriedades de estabilidade. Aqui beta IND. T 3 BARRAS 91/ V IND. p) INT. pdV/(B IND. To POT. 2/ 2mü IND. 0), B IND. To 3 BARRAS B IND. T POT. vac (R IND. 0) e p é a pressão do plasma. START foi o primeiro LART a demonstrar essas caracterísiticas em temperaturas de T IND. i APROXIMADAMENTE IGUAL A T IND. e 10 POT. 2eV. O trabalho descrito nesta tese teve como objetivo o desenvolvimento e a utilização de sistemas de diagnóstivos para o estudo dos regimes de operação da densidade do plasma no START. Desenvolveu-se um interferômetro de dupla-passagem de feixe ao longo do plano médio horizontal do vaso, com a finalidade de medir a densidade média de linha do plasma. Esse interferômetro era composto de um laser HCN (337müm), uma mesa óptica e detectores (díodos Schottky). Mediu-se n BARRA IND. e < 10 POT. 18_ > 2x10 POT. 20m POT. -3. Desenvolveu-se um sistema de pré-ionização por ondas ressonantes elétron-ciclotrônicas, baseado num gerador klystron de 6GHz e P IND. ECR-P < ou =3kW, para o auxílio na ruptura elétrica do gás no regime Tokamak, reduzindo o valor de fluxo magnético necessário para romper e manter a descarga e aumentar sua reprodutibilidade. Observou-se, a pressões de preenchimento 1,1-1,5X10 POT. -5 mbar, uma maior reprodutibilidade da descarga e redução do tempo de ruptura do gás com o aumento de P IND. ECR-P. Colocou-se também em operação um injetor de pastilhas criogênicas (8-9K) de deutério, D IND.2, com o objetivo de aumentar a densidade ) do plasma. Esse era do tipo canhão de gás, de uma única pastilha com valores de massa 3 x 10 IND. 19 átomos e velocidadee de 50-400m/s, propulsiopnadas por gás H IND. 2 (0-4bar). Pastilhas forma injetadas da parte superior do START, quase verticalmente, na região de alto campo magnético do vaso, em regimes ôhmico e aquecido por feixes de partículas neutras (NBI), de alto e baixo beta IND. T, aumentando substancialmente a densidade. Com o uso desses diagnósticos, estudaram-se os regimes de alta e baixa densidade, Com injeção de gás, obteve-se n BARRA IND. e POT. max = 1,0x10 POT.20 densidade de Greenwald N IND. G POT. max APROXIMADAMENTE IGUAL À 0,9) e observou-se a contração da coluna do plasma e o colapso das descargas em duas fases, semelhante ao que ocorre nos Tokamaks convencionais. Observou-se um aumento da densidade com o uso de NBI, mas não da densidade de Greenwald. Obteve-se, também, via injeção de pastilha, simultaneamente, altas densidades (N IND. G 1,0-1,1), grande eficiência de reposição de partículas ( 100%) e melhoria no confinamento em descargas de altos valores de beta IND. T 9 23-27%). É provável que o limite de pressão tenha sido atingido. / Low Aspect Ratio Tokamaks (LARTs) or Spherical Tokamaks (STs) are devices theoretically conceived to have the high toroidal T of the Reversed- Field Pinch and Spheromak (T but similar geometry to an ultra-LART) whilst retaining the confinement of the conventional Tokamak together with improved stability. Here T = (1/Vp) f pdV/ (B2TO/2o) BT= BT (Ro), and p is the plasma pressure. START was the first LART to demonstrate these features at temperatures of Tt ~Te ~102eV. The work described in this thesis has aimed to develop and use diagnostics and their use for studying the density operating regimes on START. A double-pass mid plane interferometer was commissioned for measuring the plasma density. This system was composed by an existing HCN laser (337 ), an optical table, and detectors (Schottky diodes).

Com o objetivo de investigar os processos de fusão nuclear e espalhamento elástico entre íons pesados, fizemos medidas para a seção de choque de fusão dos sistemas ANTPOT.16,18 O + ANTPOT.58,60,64 Ni, no intervalo de energias de bombardeio abrangido por 38.0 E IND. LAB 72.0 MeV, e medidas para a seção de choque de espalhamento elástico dos sistemas 18O+ 58,60,64Ni, no intervalo compreendido entre 35.1 E IND.LAB 55.1 MeV. As distribuições angulares do processo de fusão foram obtidas em ângulos entre 2 IND.LAB 18 graus, enquanto que para o de espalhamento elástico a variação ocorreu para 17.5 IND.CM M 170.0 graus. Nossos resultados, para as medidas das funções de excitação dos resíduos de evaporação indicam que, na região de energias logo abaixo da barreira coulombiana, o sistema ANTPOT.18 O + ANTPOT.58 Ni apresenta um favorecimento da seção de choque de fusão bastante significativo, quando comparado A sistemática dos isótopos pares do níquel, obtida de nossos dados e da literatura. O desvio padrão do raio de interação, extraído dos sistemas ANTPOT.16,18 O + ANTPOT.58,60,64 Ni para a fusão, na faixa de energias abaixo da barreira, é comparado aqueles associados a modos de vibrações superficiais de núcleos em estados de baixas energias de excitação e de emparelhamento. Efeitos não locais também foram investigados para as referidas medidas. Neste trabalho encontra-se a análise, via modelo óptico, dos resultados experimentais do processo de espalhamento elástico para vinte e sete distribuições angulares. Por último é apresentada uma conexão entre o aumento da fusão e a anomalia de limiar na região em tomo da barreira coulombiana. / With the objective of investigating the heavy-ion fusion and elastic scattering processes, we performed measurements of fusion cross sections for the 16,18O + 58,60.64Ni systems in the bombarding energy range 38.0 ELAB 72.0 MeV and of elastic scattering cross sections for the 18O+ 58,60,64Ni systems in the interval 35.1 I EL- I 55.1 MeV. The fusion process angular distributions were obtained for angles between 2 .0 LAB 18.0 degrees, whereas for the elastic scattering the angles varied in the interval 17.5 CM M 170.0 degrees. Our results for the evaporation residues excitation functions indicate that, for energies right below the coulomb barrier, the 18 O+ 58Ni system presents a significant enhancement of the fusion cross section when compared to systematics for even nickel isotopes, obtained from our data and data in the literature. The interaction radius standard deviation extracted from the fusion data for the 16,18O + 58,60,64Ni systems at energies below the barrier, is compared to those associated to surface vibration modes of nuclei at low excitation and pairing energies. Non local effects were also investigated for these measurements. In this work, we also performed for the elastic scattering data, an optical model analysis for twenty seven angular distributions. Finally, a connection between the fusion enhancement and the threshold anomaly at energies close to the barrier is also presented.

Thesis (Ph. D.)--Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2004. / Abdel-Khalik, Said, Committee Chair. Vita. Includes bibliographical references (leaves 376-384).

A self-contained gas injection system for the Divertor Material Evaluation System (DiMES) on DIII-D, the Porous Plug Injector (PPI), has been employed by A. McLean for in-situ study of chemical erosion in the tokamak divertor environment by injection of CH4. The principal contribution of the present thesis is a new interpretive code, 3D-DIVIMP(HC), which has been developed and successfully applied to the interpretation of the CH, C I, and C II emissions measured during the PPI experiments. The two principal types of experimental data which are compared here with 3D-DIVIMP(HC) code modeling are (a) absolute emissivities measured with a high resolution spectrometer, and (b) 2D filtered camera (TV) pictures taken from a view essentially straight down on the PPI. Incorporating the Janev-Reiter database for the breakup reactions of methane molecules in a plasma, 3D-DIVIMP(HC) is able to replicate these measurements to within the combined experimental and database uncertainties. It is therefore concluded that the basic elements of the physics and chemistry controlling the breakup of methane entering an attached divertor plasma have been identified and are incorporated in 3D-DIVIMP(HC).

A self-contained gas injection system for the Divertor Material Evaluation System (DiMES) on DIII-D, the Porous Plug Injector (PPI), has been employed by A. McLean for in-situ study of chemical erosion in the tokamak divertor environment by injection of CH4. The principal contribution of the present thesis is a new interpretive code, 3D-DIVIMP(HC), which has been developed and successfully applied to the interpretation of the CH, C I, and C II emissions measured during the PPI experiments. The two principal types of experimental data which are compared here with 3D-DIVIMP(HC) code modeling are (a) absolute emissivities measured with a high resolution spectrometer, and (b) 2D filtered camera (TV) pictures taken from a view essentially straight down on the PPI. Incorporating the Janev-Reiter database for the breakup reactions of methane molecules in a plasma, 3D-DIVIMP(HC) is able to replicate these measurements to within the combined experimental and database uncertainties. It is therefore concluded that the basic elements of the physics and chemistry controlling the breakup of methane entering an attached divertor plasma have been identified and are incorporated in 3D-DIVIMP(HC).

Dissertation (Ph.D.)--Auburn University, 2008. / Abstract.

Thesis (doctoral)--Helsinki University of Technology, 2008. / Includes bibliographical references. Also available on the World Wide Web.