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Foi desenvolvido neste trabalho um método numérico para a resolução da equação de difusão linear para um plasma constituído de duas espécies de íons havendo troca de cargas. Mostrou-se que o tempo de decaimento da densidade de elétrons e íons é muito menor do que para um plasma constituído por uma única espécie. Foi desenvolvida também uma equação de difusão não-linear sob a influência de um campo elétrico externo com uma dependência linear no tempo, para um plasma pouco ionizado. Verificou-se que na presença deste campo elétrico, o decaimento da densidade de elétrons é muito lento.

O projeto, construção, instalação e teste do sistema de excitação de ondas de Alfvén para o tokamak TCABR é descrito. O sistema de antenas é baseado em anéis circulares que circundam a coluna de plasma na direção poloidal, de forma a garantir que o espectro de ondas excitadas tenha um pico pronunciado no número de onda poloidal M= 1. O sistema de antenas é alimentado por um oscilador de quatro fases, que fornece até 1 MW de potência pulsada, numa faixa de frequência de 3 a 6MIlz. O oscilador fornece quatro saídas com fases de 0, /2, e 3/2, de forma que a defasagem entre diferentes elementos do sistema de antenas possa ser variada. Assim é possível excitar um espectro bastante puro de ondas caminhantes com número de onda toroidal N = ±2, ±4, ± 6. Um módulo do sistema de antenas foi construído, instalado e testado no tokamak TCABR. Os resultados das primeiras descargas com aquecimento de Alfvén produzido por este módulo são apresentados e analisados. O disparo 2624 apresentou o resultado mais expressivo de aquecimento de plasma e geração de corrente / The design, construction, instalation, and testing of the system for excitation of Alfvén waves in the TCABR tokamak is described. The antenna system is based upon poloidal circular rings around the plasma column in order to guarantee the excitation of a wave spectrum highly peaked around the poloidal wavenumber M = l. The antenna system is fed by a four-phase oscillator, capable of delivering lMW pulses in the frequency range from 3 to 6MHz. The oscillator has four outputs with fixed phases 0, /2, e 3 /2, so that the phase shift between different antenna elements can be conveniently varied. This feature allows exciting a rather pure spectrum of travelling waves with toroidal wavenumber N = ±2, ±4 and ± 6. A module of the antenna system was constructed, installed, and tested in the TCABR tokamak. The results of the first discharges with Alfvén wave heating obtained with the module are presented and analysed.

Estudamos o efeito de correntes helicoidais internas resultantes de modos tearing sobre a estrutura magnetica de plasmas toroidais em equilibrio. Estas correntes sao consideradas sobre uma superficie magnetica racional e ao longo das linhas do campo magnetico de equilibrio. Sobre as superficies racionais surgem ilhas magneticas devido ao campo perturbativo. As ilhas magneticas sao visualizadas por dois metodos: pelo mapa de poincare das linhas de campo magnetico e pela superficie magnetica aproximada, calculada por um metodo da media. Este metodo da media foi desenvolvido para determinar a estrutura das superficies magneticas de um sistema cuja simetria e destruida por uma pequena perturbacao. Consideramos dois tipos de tokamaks: tokamak de razao de aspecto grande e tokamak de razao de aspecto pequena. / We study the effect of helical currents on the magnetic structure of toroidal plasmas in equilibrium. These currents are considered on a rational magnetic surface along unperturbed magnetic field lines. The symmetry is broken by the helical perturbation and magnetic islands arise at every rational surface. The structure of magnetic island is obtained by two methods: numerical integration of magnetic field lines and an averaging method. This averaging method has been developed to determine the magnetic structure of a system with symmetry broken by small perturbations. Two kinds of tokamaks are considered: large aspect ratio tokamak and small aspect ratio tokamak.

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Estudamos o efeito de correntes helicoidais internas resultantes de modos tearing sobre a estrutura magnetica de plasmas toroidais em equilibrio. Estas correntes sao consideradas sobre uma superficie magnetica racional e ao longo das linhas do campo magnetico de equilibrio. Sobre as superficies racionais surgem ilhas magneticas devido ao campo perturbativo. As ilhas magneticas sao visualizadas por dois metodos: pelo mapa de poincare das linhas de campo magnetico e pela superficie magnetica aproximada, calculada por um metodo da media. Este metodo da media foi desenvolvido para determinar a estrutura das superficies magneticas de um sistema cuja simetria e destruida por uma pequena perturbacao. Consideramos dois tipos de tokamaks: tokamak de razao de aspecto grande e tokamak de razao de aspecto pequena. / We study the effect of helical currents on the magnetic structure of toroidal plasmas in equilibrium. These currents are considered on a rational magnetic surface along unperturbed magnetic field lines. The symmetry is broken by the helical perturbation and magnetic islands arise at every rational surface. The structure of magnetic island is obtained by two methods: numerical integration of magnetic field lines and an averaging method. This averaging method has been developed to determine the magnetic structure of a system with symmetry broken by small perturbations. Two kinds of tokamaks are considered: large aspect ratio tokamak and small aspect ratio tokamak.

O projeto, construção, instalação e teste do sistema de excitação de ondas de Alfvén para o tokamak TCABR é descrito. O sistema de antenas é baseado em anéis circulares que circundam a coluna de plasma na direção poloidal, de forma a garantir que o espectro de ondas excitadas tenha um pico pronunciado no número de onda poloidal M= 1. O sistema de antenas é alimentado por um oscilador de quatro fases, que fornece até 1 MW de potência pulsada, numa faixa de frequência de 3 a 6MIlz. O oscilador fornece quatro saídas com fases de 0, /2, e 3/2, de forma que a defasagem entre diferentes elementos do sistema de antenas possa ser variada. Assim é possível excitar um espectro bastante puro de ondas caminhantes com número de onda toroidal N = ±2, ±4, ± 6. Um módulo do sistema de antenas foi construído, instalado e testado no tokamak TCABR. Os resultados das primeiras descargas com aquecimento de Alfvén produzido por este módulo são apresentados e analisados. O disparo 2624 apresentou o resultado mais expressivo de aquecimento de plasma e geração de corrente / The design, construction, instalation, and testing of the system for excitation of Alfvén waves in the TCABR tokamak is described. The antenna system is based upon poloidal circular rings around the plasma column in order to guarantee the excitation of a wave spectrum highly peaked around the poloidal wavenumber M = l. The antenna system is fed by a four-phase oscillator, capable of delivering lMW pulses in the frequency range from 3 to 6MHz. The oscillator has four outputs with fixed phases 0, /2, e 3 /2, so that the phase shift between different antenna elements can be conveniently varied. This feature allows exciting a rather pure spectrum of travelling waves with toroidal wavenumber N = ±2, ±4 and ± 6. A module of the antenna system was constructed, installed, and tested in the TCABR tokamak. The results of the first discharges with Alfvén wave heating obtained with the module are presented and analysed.

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais de operação do tokamak TBR-I sob condições extremas de densidade e de campo magnético toroidal e, também, sob a influência de perturbações elétricas radiais e magnéticas helicoidais aplicadas na região periférica da coluna de plasma. Realizou-se, também, uma análise preliminar das características das descargas na região da corrente de plasma com predominância de elétrons fugitivos. Para isso foi utilizada a maioria dos diagnósticos já construídos no Laboratório de Física de Plasmas da USP, que são: diagnóstico por sondas eletrostáticas, bobinas de Mirnov, espectroscopia óptica, interferômetro de micro ondas, detector de raios-X duros, detector de H, bobinas de Rogowski, bobinas de posição, espiras das tensões de enlace e medição da pressão com \"ion-gauges\" e analisador de gás residual. Os resultados permitiram obter uma lei de escala para as descargas do TBR-1 associando a densidade média de partículas com a densidade média de corrente de plasma. Foram observados efeitos muito interessantes nas oscilações magnéticas do plasma sob ação dos campos perturbativos. Em particular, para os campos elétricos radiais com polarização negativa, observou-se uma diminuição considerável das frequências dessas oscilações e uma atenuação nas amplitudes das mesmas, segundo uma análise de Fourier. Ao contrário, para polarizações positivas, foi observado um plasma mais turbulento. Este resultado repetiu-se (porém não tão acentuado como descrito no caso anterior) quando foi aplicada uma perturbação magnética helicoidal simultaneamente com o campo elétrico radial. Finalmente, as descargas do TBR-1 são caracterizadas pela baixa densidade de elétrons n IND.e 10 POT.12 cm POT.-3 e alta corrente de elétrons fugitivos (I I IND.P). O parâmetro de Shafranov foi calculado a partir das medidas do campo magnético vertical e do deslocamento do centro da coluna de plasma. A diferença de A nos cálculos é explicada pelo deslocamento da órbita do feixe de elétrons fugitivos. / In this work, experimental studies of operation limits of the TBR-l tokamak were accomplished under extreme conditions of density and toroidal magnetic field, a1so, under the influences of helical magnetic field and radial electric field perturbations, applied in the border zone of the plasma column. Also, a preliminary analysis of the charactetistics of the runaway discharges was performed. For measurements of the plasma charactetistics most of the diagnostics built in the USP Laboratório de Física de Plasmas, were used: electrostatic probes, Mirnov coils, optical spectroscopy, micro wave interferometer, hard X-rays detector, H detector, Rogowski coils, position sensors, loop voltage, pressure measurements with ion-gauges and a residual gas analyzer. From the result, the scaling law for the discharges of the TBR-l were obtained, associating the average densities of particles with average plasma current densities. Very interesting effects were observed in the magnetic oscillations of the plasma under the action of the perturbation fields. In particular, for the radial electric fields with negative polarization a considerable decrease in the frequency and an attenuation in the amplitude of the MHD oscillations were observed, according to a Fourier analysis. On the contrary, for positive polarization a more turbulent plasma was observed. Similar results, but not so strong, were obtained when a helical magnetic perturbation was applied simultaneously with the radial electric field. Finally, runaway discharges in the TBR-l were investigated and the current was found to be predominantly dominated by e1ectron beams. The Shafranov parameter A was calculated from the vertical field as well as from the plasma center displacement and found to be different, which can he explained by the orbit shifted runaway beams.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2008. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 163-168).

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais de operação do tokamak TBR-I sob condições extremas de densidade e de campo magnético toroidal e, também, sob a influência de perturbações elétricas radiais e magnéticas helicoidais aplicadas na região periférica da coluna de plasma. Realizou-se, também, uma análise preliminar das características das descargas na região da corrente de plasma com predominância de elétrons fugitivos. Para isso foi utilizada a maioria dos diagnósticos já construídos no Laboratório de Física de Plasmas da USP, que são: diagnóstico por sondas eletrostáticas, bobinas de Mirnov, espectroscopia óptica, interferômetro de micro ondas, detector de raios-X duros, detector de H, bobinas de Rogowski, bobinas de posição, espiras das tensões de enlace e medição da pressão com \"ion-gauges\" e analisador de gás residual. Os resultados permitiram obter uma lei de escala para as descargas do TBR-1 associando a densidade média de partículas com a densidade média de corrente de plasma. Foram observados efeitos muito interessantes nas oscilações magnéticas do plasma sob ação dos campos perturbativos. Em particular, para os campos elétricos radiais com polarização negativa, observou-se uma diminuição considerável das frequências dessas oscilações e uma atenuação nas amplitudes das mesmas, segundo uma análise de Fourier. Ao contrário, para polarizações positivas, foi observado um plasma mais turbulento. Este resultado repetiu-se (porém não tão acentuado como descrito no caso anterior) quando foi aplicada uma perturbação magnética helicoidal simultaneamente com o campo elétrico radial. Finalmente, as descargas do TBR-1 são caracterizadas pela baixa densidade de elétrons n IND.e 10 POT.12 cm POT.-3 e alta corrente de elétrons fugitivos (I I IND.P). O parâmetro de Shafranov foi calculado a partir das medidas do campo magnético vertical e do deslocamento do centro da coluna de plasma. A diferença de A nos cálculos é explicada pelo deslocamento da órbita do feixe de elétrons fugitivos. / In this work, experimental studies of operation limits of the TBR-l tokamak were accomplished under extreme conditions of density and toroidal magnetic field, a1so, under the influences of helical magnetic field and radial electric field perturbations, applied in the border zone of the plasma column. Also, a preliminary analysis of the charactetistics of the runaway discharges was performed. For measurements of the plasma charactetistics most of the diagnostics built in the USP Laboratório de Física de Plasmas, were used: electrostatic probes, Mirnov coils, optical spectroscopy, micro wave interferometer, hard X-rays detector, H detector, Rogowski coils, position sensors, loop voltage, pressure measurements with ion-gauges and a residual gas analyzer. From the result, the scaling law for the discharges of the TBR-l were obtained, associating the average densities of particles with average plasma current densities. Very interesting effects were observed in the magnetic oscillations of the plasma under the action of the perturbation fields. In particular, for the radial electric fields with negative polarization a considerable decrease in the frequency and an attenuation in the amplitude of the MHD oscillations were observed, according to a Fourier analysis. On the contrary, for positive polarization a more turbulent plasma was observed. Similar results, but not so strong, were obtained when a helical magnetic perturbation was applied simultaneously with the radial electric field. Finally, runaway discharges in the TBR-l were investigated and the current was found to be predominantly dominated by e1ectron beams. The Shafranov parameter A was calculated from the vertical field as well as from the plasma center displacement and found to be different, which can he explained by the orbit shifted runaway beams.