A determinação precisa e rápida das configurações de equilíbrio Magnetohidrodinâmico (MHD) em tokamaks é de fundamental importância para o confinamento magnético do plasma. Através do conhecimento dos parâmetros que caracterizam este equilíbrio MHD é possível controlar o plasma durante a sua formação por processos de realimentação. Uma análise mais detalhada destes parâmetros é necessária, também, entre um disparo e outro, para a estruturação do experimento. Neste trabalho é investigada a reconstrução das configurações de equilíbrio MHD no tokamak TCA/BR a partir de medidas magnéticas externas, utilizando um método que permite uma rápida determinação dos parâmetros principais da descarga. A tese divide-se em duas partes. Na primeira, é apresentada a construção de um código de equilíbrio que resolve a equação de Grad-Shafranov para a configuração geométrica que caracteriza o tokamak TCA/BR. Na segunda, é descrito o processo de reconstrução do equilíbrio MHD através de medidas de campos e fluxos magnéticos externos ao plasma no TCA/BR, e utilizando o método de Função de Parametrização FP. Este método baseia-se no tratamento estatístico de um banco de dados simulados de configurações de equilíbrio, com o objetivo de obter uma expressão simples relacionando os parâmetros que caracterizam o equilíbrio e as medidas realizadas. Os resultados obtidos através da FP são comparados com os obtidos através de outros métodos convencionais. / The accurate and rapid determination of the Magnetohydrodynamic (MHD) equilibrium configuration in tokamaks is a fundamental subject for the magnetic confinement of the plasma. With the knowledge of characteristic plasma MHD equilibrium parameters it is possible to control the plasma position during its formation using feed-back techniques. It is also necessary an on-line analysis between successive discharges to program external parameters for the subsequent discharges. In this work it is investigated the MHD equilibrium configuration reconstruction of the TCA/BR tokamak from external magnetic measurements, using a method that is able to determine fastly the main parameters of discharge. The thesis has two parts. Firstly it is presented the development of an equilibrium co de that solves de Grad-Shafranov equation for the TCA/BR tokamak geometry. Secondly it is presented the MHD equilibrium reconstruction process from external magnetic field and flux measurements using the Function Parametrization FP method. This method is based on the statistical analysis of a database of simulated equilibrium configurations, with the goal of obtaining a simple relationship between the parameters that characterize the equilibrium and the measurements. The results from FP are compared with conventional methods.

A determinação precisa e rápida das configurações de equilíbrio Magnetohidrodinâmico (MHD) em tokamaks é de fundamental importância para o confinamento magnético do plasma. Através do conhecimento dos parâmetros que caracterizam este equilíbrio MHD é possível controlar o plasma durante a sua formação por processos de realimentação. Uma análise mais detalhada destes parâmetros é necessária, também, entre um disparo e outro, para a estruturação do experimento. Neste trabalho é investigada a reconstrução das configurações de equilíbrio MHD no tokamak TCA/BR a partir de medidas magnéticas externas, utilizando um método que permite uma rápida determinação dos parâmetros principais da descarga. A tese divide-se em duas partes. Na primeira, é apresentada a construção de um código de equilíbrio que resolve a equação de Grad-Shafranov para a configuração geométrica que caracteriza o tokamak TCA/BR. Na segunda, é descrito o processo de reconstrução do equilíbrio MHD através de medidas de campos e fluxos magnéticos externos ao plasma no TCA/BR, e utilizando o método de Função de Parametrização FP. Este método baseia-se no tratamento estatístico de um banco de dados simulados de configurações de equilíbrio, com o objetivo de obter uma expressão simples relacionando os parâmetros que caracterizam o equilíbrio e as medidas realizadas. Os resultados obtidos através da FP são comparados com os obtidos através de outros métodos convencionais. / The accurate and rapid determination of the Magnetohydrodynamic (MHD) equilibrium configuration in tokamaks is a fundamental subject for the magnetic confinement of the plasma. With the knowledge of characteristic plasma MHD equilibrium parameters it is possible to control the plasma position during its formation using feed-back techniques. It is also necessary an on-line analysis between successive discharges to program external parameters for the subsequent discharges. In this work it is investigated the MHD equilibrium configuration reconstruction of the TCA/BR tokamak from external magnetic measurements, using a method that is able to determine fastly the main parameters of discharge. The thesis has two parts. Firstly it is presented the development of an equilibrium co de that solves de Grad-Shafranov equation for the TCA/BR tokamak geometry. Secondly it is presented the MHD equilibrium reconstruction process from external magnetic field and flux measurements using the Function Parametrization FP method. This method is based on the statistical analysis of a database of simulated equilibrium configurations, with the goal of obtaining a simple relationship between the parameters that characterize the equilibrium and the measurements. The results from FP are compared with conventional methods.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第21550号 / 理博第4457号 / 新制||理||1640(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 戸塚 圭介, 教授 川上 則雄, 教授 前野 悦輝 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Orientador : Antonio Jose de Almeida Meirelles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-03T22:23:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_CintiaBernando_D.pdf: 1149559 bytes, checksum: cd85c907c1913fe8fc7fdee0823b2e9e (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho de tese de doutoramento teve como objetivo avaliar vários aspectos do processo de extração líquido-líquido (ELL) como uma rota alternativa para a desacidificação de óleos vegetais. O conhecimento do equilíbrio de fases do sistema de interesse é essencial para o bom planejamento e desenvolvimento do processo de ELL. O presente trabalho apresenta dados de equilíbrio para sistemas compostos por óleos vegetais (milho/palma), ácidos graxos (oléico/ palmítico) e solvente (etanol contendo diferentes teores de água, até 18% em massa), e a correlação destes dados empregando os modelos termodinâmicos NRTL e UNIQUAC. O trabalho foi realizado com o objetivo de otimizar a concentração de água no solvente para reduzir a perda de óleo neutro sem afetar de forma significativa o coeficiente de distribuição dos ácidos graxos. Para o óleo de palma, a metodologia de superfície de resposta (MSR) também foi utilizada a fim de avaliar o efeito de algumas variáveis de processo, como teor de água no solvente e razão óleo:solvente, sobre a perda de óleo neutro, transferência de ácidos graxos livres e preservação dos carotenóides. Essa metodologia permitiu otimizar a razão óleo:solvente ao redor de 0,75 e o teor de água no solvente em torno de 6%. Estudou-se, ainda, o processo de desacidificação do óleo de palma por extração líquido-líquido em equipamento contínuo, utilizando condições previamente otimizadas com o auxílio da metodologia de superfície de resposta. O impacto deste tipo de processo sobre a qualidade do produto final também foi avaliado. Os resultados indicaram que é possível obter um óleo de palma refinado com acidez livre menor do que 0,3% (em massa), mantendo um teor considerável de compostos nutracêuticos no produto refinado / Abstract: This PhD thesis had the aim of evaluating various aspects of the liquid-liquid extraction (LLE) process as an alternative route for the deacidification of vegetable oils. The knowledge of the liquid-liquid equilibrium of the systems of interest is essential for planning and developing a LLE process. The present work reports equilibrium data for systems containing vegetable oils (corn/palm), fatty acids (oleic/ palmitic) and solvents (ethanol containing different water contents up to 18 mass%), and the correlation of these data by the NRTL and UNIQUAC models. This work was performed with the aim of optimizing the water content in the solvent in order to reduce the loss of neutral oil without affecting in a significant way the fatty acid distribution coefficients. For the palm oil, the response surface methodology (RSM) was also utilized to analyze the effect of some process variable, such as water content in the solvent and mass ratio of oil to solvent, on the loss of neutral, on the free fatty acids transfer and on the carotenoids preservation. This methodology allowed to optimize the mass ratio of oil to solvent around 0.75 and the water content in the solvent around 6 mass%. Furthermore, the deacidification of palm oil by liquid-liquid extraction in a continuous equipment was studied using the optimized conditions obtained in the response surface analysis. The impact of this type of process on the final product quality was also evaluated. The experimental results indicated that it is possible to obtain a refined palm oil with free acidity less than 0.3% (in mass), keeping a considerable content of nutraceutical compounds in the refined product / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

In this work we study the magnetic field modeling of realistic non-axisymmetric plasma equilibrium configurations and the heat flux patterns on the plasma facing components of tokamak divertor discharges. We start by establishing the relation between generic magnetic configurations and Hamiltonian dynamical systems. We apply the concept of magnetic helicity, used to establish topological bounds for the magnetic field lines in ideal plasmas, and to understand the self-consistency of reconnected magnetic surfaces in non-axisymmetric configurations. After this theoretical discussion, we present some results on magnetohydrodynamic equilibrium and the use of analytical solutions to the Grad-Shafranov equation for describing real tokamak discharges based on the experimental diagnostics and realistic boundary conditions. We also compare the equilibrium reconstruction of a DIII-D discharge obtained with a numerical reconstruction routine, developed as part of this research, and the EFIT code used by several tokamak laboratories around the world. The magnetic topology and plasma profiles obtained with our method are in considerable agreement with the numerical reconstruction performed with the other code. Then, we introduce a simplified description of the generic non-axisymmetric magnetic field created by known sources and implement it numerically for describing the magnetic field due to external coils in tokamak devices. After that, we use this routines to develop a numerical procedure to adjust a suitable set of non-linear parameters of internal filamentary currents, which are intended to model the plasma response based on the magnetic field measurements outside the plasma. Finally, these methods are used to model the magnetic field created by a slowly rotating plasma instability in a real DIII-D discharge. The plasma response modeling is based on the magnetic probe measurements and allow us to calculate the magnetic field in arbitrary locations near the plasma edge. Using this information we determine the non-axisymmetric plasma edge through the magnetic invariant manifolds routine developed during this work. The intersection of the calculated invariant manifold with the tokamak chamber agrees considerably well with the heat flux measurements for the same discharge at the divertor plates, indicating the development of a rotating manifold due to the internal asymmetric plasma currents, giving quantitative support to our simplified description of the magnetic field and the plasma edge definition through the invariant manifolds. / Neste trabalho estuda-se a modelagem do campo magnético em configurações realistas de plasmas em equilíbrio não-axissimétrico e o fluxo de calor nos componentes em contato com o plasma em descargas de tokamaks com desviadores poloidais. Começa-se estabelecendo a relação entre configurações magnéticas arbitrárias e sistemas dinâmicos Hamiltonianos. Então aplicamos o conceito de helicidade magnética, que é usado para estabelecer limitações topológicas sobre as linhas de campo magnético em plasmas ideais, assim como para compreender a auto-consistência das superfícies magnéticas reconectadas em configurações não-axissimétricas. Após esta discussão teórica, apresentam-se alguns resultados sobre o equilíbrio magnetohidrodinâmico e o uso de soluções analíticas à equação de Grad-Shafranov para descrever descargas reais em tokamaks, com base em diagnósticos experimentais e condições de contorno realistas. Também realiza-se uma comparação entre a reconstrução do equilíbrio de uma descarga do DIII-D, obtida mediante uma rotina numérica desenvolvida para esta pesquisa, com a obtida mediante o código EFIT, usado amplamente em diversos tokamaks. Após isso, apresenta-se uma descrição simplificada do campo magnético não-axissimétrico, criado por fontes determinadas, e a sua implementação para descrever o campo magnético devido às correntes externas em tokamaks. Então, usam-se estas rotinas para desenvolver um procedimento numérico que ajusta um conjunto adequado de parâmetros não-lineares de correntes filamentares internas, com as quais pretende-se modelar a resposta do plasma com base nas medidas de campo magnético fora do plasma. Finalmente, estes métodos são utilizados para modelar o campo magnético criado por uma instabilidade com rotação lenta numa descarga do DIII-D. Com base nas medidas das sondas magnéticas é possível modelar os campos criados em regiões arbitrárias próximas da borda do plasma. Usando esta informação é possível determinar a borda não-axissimétrica do plasma mediante as invariantes magnéticas calculadas com a utilização de uma rotina desenvolvida durante este trabalho. A intersecção da superfície invariante com a câmara do tokamak coincide satisfatoriamente com as medidas de fluxo de calor nas placas do divertor para a mesma descarga, indicando o desenvolvimento de uma variedade giratória criada pelas correntes de plasma não-axissimétricas, e sustentando quantitativamente a nossa descrição simplificada do campo magnético, assim como a definição da borda do plasma mediante as invariantes magnéticas.

In this work we study the magnetic field modeling of realistic non-axisymmetric plasma equilibrium configurations and the heat flux patterns on the plasma facing components of tokamak divertor discharges. We start by establishing the relation between generic magnetic configurations and Hamiltonian dynamical systems. We apply the concept of magnetic helicity, used to establish topological bounds for the magnetic field lines in ideal plasmas, and to understand the self-consistency of reconnected magnetic surfaces in non-axisymmetric configurations. After this theoretical discussion, we present some results on magnetohydrodynamic equilibrium and the use of analytical solutions to the Grad-Shafranov equation for describing real tokamak discharges based on the experimental diagnostics and realistic boundary conditions. We also compare the equilibrium reconstruction of a DIII-D discharge obtained with a numerical reconstruction routine, developed as part of this research, and the EFIT code used by several tokamak laboratories around the world. The magnetic topology and plasma profiles obtained with our method are in considerable agreement with the numerical reconstruction performed with the other code. Then, we introduce a simplified description of the generic non-axisymmetric magnetic field created by known sources and implement it numerically for describing the magnetic field due to external coils in tokamak devices. After that, we use this routines to develop a numerical procedure to adjust a suitable set of non-linear parameters of internal filamentary currents, which are intended to model the plasma response based on the magnetic field measurements outside the plasma. Finally, these methods are used to model the magnetic field created by a slowly rotating plasma instability in a real DIII-D discharge. The plasma response modeling is based on the magnetic probe measurements and allow us to calculate the magnetic field in arbitrary locations near the plasma edge. Using this information we determine the non-axisymmetric plasma edge through the magnetic invariant manifolds routine developed during this work. The intersection of the calculated invariant manifold with the tokamak chamber agrees considerably well with the heat flux measurements for the same discharge at the divertor plates, indicating the development of a rotating manifold due to the internal asymmetric plasma currents, giving quantitative support to our simplified description of the magnetic field and the plasma edge definition through the invariant manifolds. / Neste trabalho estuda-se a modelagem do campo magnético em configurações realistas de plasmas em equilíbrio não-axissimétrico e o fluxo de calor nos componentes em contato com o plasma em descargas de tokamaks com desviadores poloidais. Começa-se estabelecendo a relação entre configurações magnéticas arbitrárias e sistemas dinâmicos Hamiltonianos. Então aplicamos o conceito de helicidade magnética, que é usado para estabelecer limitações topológicas sobre as linhas de campo magnético em plasmas ideais, assim como para compreender a auto-consistência das superfícies magnéticas reconectadas em configurações não-axissimétricas. Após esta discussão teórica, apresentam-se alguns resultados sobre o equilíbrio magnetohidrodinâmico e o uso de soluções analíticas à equação de Grad-Shafranov para descrever descargas reais em tokamaks, com base em diagnósticos experimentais e condições de contorno realistas. Também realiza-se uma comparação entre a reconstrução do equilíbrio de uma descarga do DIII-D, obtida mediante uma rotina numérica desenvolvida para esta pesquisa, com a obtida mediante o código EFIT, usado amplamente em diversos tokamaks. Após isso, apresenta-se uma descrição simplificada do campo magnético não-axissimétrico, criado por fontes determinadas, e a sua implementação para descrever o campo magnético devido às correntes externas em tokamaks. Então, usam-se estas rotinas para desenvolver um procedimento numérico que ajusta um conjunto adequado de parâmetros não-lineares de correntes filamentares internas, com as quais pretende-se modelar a resposta do plasma com base nas medidas de campo magnético fora do plasma. Finalmente, estes métodos são utilizados para modelar o campo magnético criado por uma instabilidade com rotação lenta numa descarga do DIII-D. Com base nas medidas das sondas magnéticas é possível modelar os campos criados em regiões arbitrárias próximas da borda do plasma. Usando esta informação é possível determinar a borda não-axissimétrica do plasma mediante as invariantes magnéticas calculadas com a utilização de uma rotina desenvolvida durante este trabalho. A intersecção da superfície invariante com a câmara do tokamak coincide satisfatoriamente com as medidas de fluxo de calor nas placas do divertor para a mesma descarga, indicando o desenvolvimento de uma variedade giratória criada pelas correntes de plasma não-axissimétricas, e sustentando quantitativamente a nossa descrição simplificada do campo magnético, assim como a definição da borda do plasma mediante as invariantes magnéticas.