Orientador: Rene Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Física / Resumo: Considera-se o problema da redução de variáveis no modelamento semi-empírico das tochas de plasma. Experimentos fatoriais são usados como uma alternativa à abordagem descrita na literatura, na qual os grupos adimensionais que compSem o modelo são selecionados por tentativas. Emprega-se experimentos fatoriais no estudo de uma tocha de plasma projetada para aquecer ar comprimido, com catodo quente e estabilizada por escoamento em vórtice do gás plasmagênico. São avaliados os efeitos de mudanças na geometria da câmara de descarga sobre a relação tensão x corrente, o fluxo de calor para os eletrodos, o desgaste do catodo, o comprimento médio do arco, as amplitudes das variaçSes nesse comprimento e sobre a estabilidade da tocha. A análise dos resultados confirma os efeitos de mudanças no diâmetro do anodo sobre a relação tensão x corrente e sobre as perdas de calor para os eletrodos e indica a presença de outros. / Abstract: The problem of variables reduction in the semi-empirical modelling of plasma torches is considered. Factorial experiments are used as an alternative to the approach described in the literature, in which the dimensionless groups that constitute the model are selected by attempts. Factorial experiments are employed to study a plasma torch, with hot cathode, stabilized by longitudinal eddy-flow of the plasma gas and designed to heat air. The effects of changes on the geometry of the discharge chamber are evaluated over the characteristic voltage x current, the heat flux to the electrodes, the cathode wear, the mean arc length, the amplitude of the variations in this length and over the stability of the torch. The effects of changes on the anode diameter over caracteristic voltage x current and thermal loses at the electrodes are confirmed by this analysis. The presence of other effects are pointed out.

Neste trabalho de tese são apresentados os resultados experimentais obtidos no dispositivo pulsado de confinamento magnético de plasma denominado CECI. Devido a versatilidade deste dispositivo, onde a tecnologia dos campos magnéticos confinados B f e B q pode variar no interior da câmara de descarga, além do fato de que os parâmetros de plasma obtidos aqui (ne 1012 - 1013 cm-3 , T e 30eV, Ti 5eV, lp 3 - 4kA), serem similares ao dos plasmas de borda obtidos em dispositivos pulsados de grande porte em operação, este trabalho representa uma contribuição ao estudo do plasma de alta temperatura, relevante à pesquisa no campo de fusão termonuclear. De fato, pesquisas das propriedades de plasma de borda têm merecido grande destaque recentemente porque os modos de confinamento melhorado, tão necessários para a obtenção de plasmas em condições de fusão, dependem dos perfis de parâmetros de plasma de borda. A obtenção de melhores parâmetros de plasma é sempre procurada em tais dispositivos de fusão para aproximar-se o mais possível das condições de fusão. No CECI diversos experimentos foram realizados visando-se obter as melhores condições para a ocorrência do plasma, observando-se principalmente a variação da corrente de plasma mudando os elementos: pressão, campo toroidal, campo vertical, sincronização do disparo do banco principal com a pré-ionização e o canhão de elétrons. O posicionamento da coluna de plasma dentro da câmara de descarga foi investigado por medidas com sondas magnéticas, onde se pode notar um aumento no tempo de duração da corrente de plasma após a inserção de campo vertical. O sistema de energização usado no CECI para a produção do plasma, que foi construído no próprio LAP (Laboratório Associado de Plasma) a baixíssimo custo é descrito em detalhes. Observou-se que a sincronização entre os diversos circuítos de disparo e a variação em alguns parâmetros de circuíto é imprescindível para se obter parâmetros de plasma melhorados, o que torna valioso o bom entendimento dos sistemas de energização de dispositivos pulsados, como o que foi descrito aqui. Os tipos de confinamento magnético no CECI foram observados através de diagramas F- q, onde cada região do diagrama apresenta características distintas de estabilidade e confinamento do plasma. O fato mais significativo foi o curto tempo de duração da discarga de argônio no modo RFP, apesar dos altos valores de q atingidos. Constatou-se experimentalmente que a ocorrência de instabilidades e turbulência na descarga do CECI é um mecanismo fundamental na sustentação da configuração RFP. A realização de descargas com gases de diferentes massas atômicas no CECI mostrou vantagens em favor dos gases mais massivos. Experimentalmente, através de medidas de uma sonda direcional, verificou-se a presença de uma corrente de contrafluxo de íons à corrente de plasma. Esta corrente á devida a um desbalanço de cargas que ocorre no início da descarga e que provoca o surgimento de um campo elétrico , ajudando o confinamento. Resultados experimentais permitiram inferir que este campo elétrico é maior para o caso de descargas em gases cujos íons possuem maior massa. Através de um modelo teórico simplificado (modelo zerodimensional), obteve-se a evolução temporal da densidade dos elétrons e das partículas neutrais, da corrente de plasma e da temperatura dos elétrons e íons na fase de pré-ionização no CECI. Os resultados experimentais mostram boa concordância com os dados obtidos via simulação.