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.

Este trabalho, focado na investigação dos fenômenos das camadas eletrostáticas, revê camadas simples e duplas, já estudadas por outros autores, e avança nessa questão, modelando, descrevendo e simulando o fenômeno da camada eletrostática dupla em estruturas de plasma triplo (capítulo V), diversas vezes observado em laboratório, especificamente em jato de plasma sob constrição.Descreveremos a estrutura de plasma triplo, consistindo de um plasma central localizado entre dois plasmas. Os plasmas são atravessados pela mesma corrente e o confinamento do plasma central é governado por camadas duplas formadas nas interfaces com as vizinhanças dos plasmas. Estas estruturas têm sido observadas em constrições de fontes de plasma, onde se induz a formação do plasma central na região de constrição geométrica que separa uma coluna de plasma ordinário de um feixe de plasma. Um modelo unidimensional baseado no método de BGK é usado para simular o perfil de potencial axial das camadas duplas. As equações do fluido que descrevem a dinâmica das partículas livres e aprisionadas são acopladas através dos parâmetros em comum das duas camadas duplas, da corrente de descarga através dos plasmas, temperatura dos elétrons e densidade do plasma central. Dados experimentais obtidos de coluna positiva de fontes de plasma sob constrição foram usados para alimentar nosso modelo e simular numericamente o perfil do potencial. O perfil apresentado mostra que a queda de potencial através das camadas duplas pode ser causada pela energia dos feixes partículas livres na corrente de plasma.

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-03-07T18:35:27Z No. of bitstreams: 1 TESE.pdf: 797081 bytes, checksum: 36b77c687969ac7b12aeef2589d1d766 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T18:35:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE.pdf: 797081 bytes, checksum: 36b77c687969ac7b12aeef2589d1d766 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O confinamento de quarks e glúons continua sendo um dos maiores problemas da Física atual, mesmo depois de passados 50 anos da criação da cromodinâmica quântica. Existem diversas abordagens que procuram uma explicação para este comportamento. Um destes cenários consiste na supercondutividade dual, proposta por G. t’Hooft em 1978. Aqui, ele discute como a condensação de objetos cromomagnéticos poderia originar um potencial linear entre cargas cromoelétricas. Este mecanismo é um dos mais aceitos atualmente e nos dirige à algumas perguntas cruciais: como estes objetos poderiam se tornar relevantes em teorias de Yang-Mills puras? quais os tipos de objetos que devemos levar em consideração para gerar as propriedades do potencial confinante? Embora a primeira pergunta seja difícil de responder, a segunda pode ser atacada por técnicas diferentes, suportadas pelas descrições na rede e por descrições efetivas de ensembles 1. Nesta tese, me dedico a estudar uma classe de objetos que s˜ao bons candidatos a resolverem a segunda questão: monopólos e vórtices de centro. Quando estamos lidando com as teorias de Yang-Mills puras SU(N), o problema consiste que, em nível clássico, estes defeitos são singulares. Porém, recebendo suporte da rede (nosso laboratório em teoria quântica de campos), podemos imaginar que, devido a flutuações quânticas do vácuo, estes objetos poderiam adquirir algumas propriedades dimensionais, como tensão,rigidez e interações que ajudariam a caracterizar o ensemble magnético nos levando a descrições de campos efetivas, que podem ser utilizadas para extrair a corda elétrica confinante. Utilizando técnicas oriundas da física de polímeros obtivemos equações de difusão que representam objetos unidimensionais, como vórtices de centro em 3D ou monopólos em 4D. O surgimento de uma derivada covariante abeliana, no caso do ensemble de vórtices de centro e instantons correlacionados em 3D, e de uma derivada covariante não abeliana, no caso do ensemble de monopólos coloridos em 4D, foi fundamental paragerar os modelos efetivos correspondentes. Acreditamos que estas equações de difusão poderão ser úteis, no futuro, para relacionar as propriedades do potencial entre quarks e aquelas de seus possíveis ensembles correspondentes. / Nowadays, quark and gluon confinement continues to be one of the most important problems in Physics. It remains unsolved, although 50 years have passed since the foundations of quantum chromodynamics. There are various approaches aimed at explaining this behaviour. One of them is the dual superconductor scenario proposed by G. t’Hooft in 1978. The general idea is that the condensation of chromomagnetics objects could originate a linear potential between chromoelectric charges. This is a promising mechanism that posses some crucial questions: how could these objects be relevant in pure YangMills? what type of object would be needed in order to generate the properties of the confining potential? While the first question is very difficult, the second one can be approached by different techniques, guided by the lattice and effective ensemble descriptions. In this thesis, I’ve been working on some good candidates to solve the second question: monopoles and center vortices. When dealing with pure SU(N) Yang-Mills theory, the problem is that at the classical level these magnetic defects are singular. Nevertheless, supported by the lattice (our laboratory in quantum field theory), we can imagine that, due to quantum vacuum fluctuations, they could acquire dimensionful properties. The tension, stiffness, as well as possible interactions that characterize the magnetic ensemble lead to effective field descriptions, that could be used to extract the corresponding confining electric string. Based on techniques borrowed from the physics of polymers, we obtained diffusion equations that describe magnetic one-dimensional objects, such as center vortices in 3D and monopoles in 4D. The appearance of an Abelian covariant derivative, for an ensemble of chains in 3D, and a non Abelian one, in the case of coloured loops in 4D, was essential to generate the corresponding effective descriptions. We believe that these diffusion equations could be helpful in the future, to relate the properties of the interquark potential and those of the possible underlying ensembles.