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.

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.

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.

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Thesis. 1976. B.S.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Physics. / Microfiche copy available in Archives and Science. / B.S.

Thermonuclear fusion has potential to offer an economically, environmentally and socially acceptable supply of energy. A promising reactor design to execute thermonuclear fusion is the toroidal magnetic confinement device, tokamak. The tokamak still faces challenges in the major areas which can be categorised into confinement, heating and fusion technology. This thesis addresses the problem of confinement, in particular the role of transport along magnetic field lines perturbed by diverse MHD instabilities. Unstable modes such as ideal ballooning-peeling, tearing etc., break closed magnetic surfaces and destroy the axisymmetry of the magnetic configuration in a tokamak, providing deviation of magnetic field lines from unperturbed magnetic surfaces. Radial gradients of plasma parameters have nonzero projections along such lines and drive parallel particle and heat flows which contribute to the radial transport. Such transport can significantly affect confinement as this takes place by the development of neoclassical tearing modes (NTMs) in the core and edge localised modes (ELMs) at the plasma periphery. In this thesis, transport of heat through non-overlapped magnetic island chains is first investigated using the 'Optimal path' approach, which is based on the principal of minimum entropy production. This model shows how the effective heat conduction through islands increases with parallel heat conduction and with the perturbation level. A more standard analytical approach for the limit cases of "small" and "large" islands is also presented. Transport of heat through internally heated magnetic islands is next investigated by further development of the 'Optimal path' method. In addition the approach by R. Fitzpatrick, has been extended for this investigation. By application of these approaches to experimental observations made at TEXTOR tokamak, heat flux limit, limiting parallel heat conduction in low collisional plasmas, is elucidated. Models to study transport of heat and particles due to ELMs have also been developed. Energy losses during ELMs have been estimated considering contribution from parallel conduction due to electrons and parallel convection of ions, with constant level of the magnetic field perturbation, steady profiles for density and temperature, and by accounting for the heat flux limit. The estimate shows good agreement with experimental observations. The model is developed further by accounting for the time evolution of the perturbation level due to ballooning mode, and of density and temperature profiles.

Résumé d'une: Thèse de doctorat--Physique nucléaire--Uppsala, 2000. / Notes bibliogr.

Dissertation--Eindhoven, 2000. / Bibliogr. p. 148-154.

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2001. / Vita. Includes bibliographical references. Available also from UMI/Dissertation Abstracts International.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2001. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 139-141).