Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1984. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references.

Thesis--Wisconsin. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 175-178).

Uma teoria simples é desenvolvida para estudar a evolução da polarização de ondas eletromagnéticas de altas frequências em um plasma magnetizado. A birrefringência elíptica é separada nos efeitos de birrefringência linear e atividade ótica para frequências bem acima da frequência de plasma. É mostrado que birrefringência linear e atividade ótica são fenômenos essencialmente independentes, relacionados respectivamente com os campos magnéticos transversal e longitudinal. A teoria é aplicada ao estudo de diagnósticos de densidade eletrônica e corrente de plasma em tokamaks, baseados na polarimetria de um feixe de radiação infravermelha distante. As condições para birrefringência linear pura ou atividade ótica pura são deduzidas. Um método diferente e proposto para medir densidade eletrônica de plasma em um tokamak. A propagação de um feixe de radiação infravermelha distante é analisada para um percurso tangencial à uma linha de campo toroidal. É mostrado que o efeito sobre a polarização do feixe é uma rotação de Faraday pura dependente da densidade eletrônica de plasma e do campo magnético toroidal. Resultados de cálculos detalhados são apresentados para o caso do Tokamak TBR do IFUSP. Uma equação para a evolução na esfera de Poincaré do estado de polarização da onda eletromagnética se propagando em um plasma, e deduzida incluindo o efeito da atenuação em primeira ordem. / A simple theory is developed to study the polarization of high-frequency electromagnetic waves in plasmas. The elliptical birefringence is separated into the effects of linear birefringence and optical activity for frequencies much above the plasma frequency. It is shown that linear birefringence and optical activity are essentially independent phenomena related respectively to the transversal and longitudinal magnetic fields. The theory is applied to study polarimetric methods for the measurement of electron density and plasma current in tokamaks. The conditions for pure linear birefringence or pure optical activity are derived. A different method is proposed for the measurement of the electron density in a tokamak. The propagation direction is considered tangential to a toroidal field line and it is shown that the effect on the polarization of the wave is reduced to pure optical activity related only to the toroidal field and to the electron density. Detailed calculations are presented for the TBR Tokamak. An equation is obtained for the polarization evolution on the Poincare sphere including attenuation to first order.

Uma teoria simples é desenvolvida para estudar a evolução da polarização de ondas eletromagnéticas de altas frequências em um plasma magnetizado. A birrefringência elíptica é separada nos efeitos de birrefringência linear e atividade ótica para frequências bem acima da frequência de plasma. É mostrado que birrefringência linear e atividade ótica são fenômenos essencialmente independentes, relacionados respectivamente com os campos magnéticos transversal e longitudinal. A teoria é aplicada ao estudo de diagnósticos de densidade eletrônica e corrente de plasma em tokamaks, baseados na polarimetria de um feixe de radiação infravermelha distante. As condições para birrefringência linear pura ou atividade ótica pura são deduzidas. Um método diferente e proposto para medir densidade eletrônica de plasma em um tokamak. A propagação de um feixe de radiação infravermelha distante é analisada para um percurso tangencial à uma linha de campo toroidal. É mostrado que o efeito sobre a polarização do feixe é uma rotação de Faraday pura dependente da densidade eletrônica de plasma e do campo magnético toroidal. Resultados de cálculos detalhados são apresentados para o caso do Tokamak TBR do IFUSP. Uma equação para a evolução na esfera de Poincaré do estado de polarização da onda eletromagnética se propagando em um plasma, e deduzida incluindo o efeito da atenuação em primeira ordem. / A simple theory is developed to study the polarization of high-frequency electromagnetic waves in plasmas. The elliptical birefringence is separated into the effects of linear birefringence and optical activity for frequencies much above the plasma frequency. It is shown that linear birefringence and optical activity are essentially independent phenomena related respectively to the transversal and longitudinal magnetic fields. The theory is applied to study polarimetric methods for the measurement of electron density and plasma current in tokamaks. The conditions for pure linear birefringence or pure optical activity are derived. A different method is proposed for the measurement of the electron density in a tokamak. The propagation direction is considered tangential to a toroidal field line and it is shown that the effect on the polarization of the wave is reduced to pure optical activity related only to the toroidal field and to the electron density. Detailed calculations are presented for the TBR Tokamak. An equation is obtained for the polarization evolution on the Poincare sphere including attenuation to first order.

Thesis: Sc. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Physics, 1979 / Includes bibliographical references. / Sc. D. / Sc. D. Massachusetts Institute of Technology, Department of Physics

Neste trabalho são apresentados e discutidos resultados referentes à formação e ao equilíbrio da corrente de plasma no TBR, Tokamak projetado e construído no Instituto de Física da Universidade de São Paulo. As curvas de ruptura, determinadas para hidrogênio, argônio e hélio são comparadas com um modelo simples, apresentando um acordo razoável. É verificada a influência de campos magnéticos espúrios na formação do plasma e são encontradas condições que auxiliam no processo de ruptura. São mostrados perfis temporais característicos da corrente de plasma e voltagem de loop para disparos onde se obtém equilíbrio. É feita uma comparação dos resultados experimentais com um modelo para descarga em tokamaks aquecidos ohmicamente. Tendo a carga efetiva como parâmetro, os resultados apresentam um razoável acordo com o modelo. / In this work are presented and discussed results of the formation and equilibrium of the plasma current in TBR, a small tokamak, designed and contructed at the Instituto de Física da Universidade de São Paulo. The measured breakdown curves for H2, A and He are compared with the predictions of a simple model with reasonable agreement. The influence of stray magnetic fields in the plasma formation is investigated and conditions are chosen to facilitate the breakdown. The time profile of loop voltage and plasma current for shots with plasma equilibrium are shown. A comparison is made between experimental results and analytical-numerical model for tokamaks discharges with ohmic heating. Reasonable agreement is obtained when Z, effective atomic number, is assumed as a parameter.

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.

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.