A combustão assistida a plasma é uma área de pesquisa que desperta grande interesse nos setores acadêmico e industrial devido às novas possibilidades de reações químicas e perspectivas de aplicação. Entre as aplicações, a geração de gases ricos em hidrogênio, seja para produção de insumos químicos ou para utilização em diferentes geometrias de combustores, tais como os sistemas RQL (rich-quenching-lean), tem recebido grande destaque. Neste trabalho, a combustão assistida a plasma gerado por descarga de arco deslizante em mistura de ar e gás natural para produção de gases ricos em hidrogênio foi realizada com o intuito de investigar os processos básicos ocorridos tanto no plasma quanto na combustão. Para tanto, foram realizadas medidas elétricas da descarga em ar e análises químicas da combustão assistida a plasma utilizando as técnicas de espectroscopia óptica de emissão e espectrometria de massa em experimentos conduzidos na faixa de razão de equivalência entre 0,4 e 3,0 com potências aplicadas entre 160 e 400 W. Para avaliar a evolução da descarga, assim como a formação e a estrutura da chama foram realizadas medidas com uma câmera de alta velocidade para uma razão de equivalência de 1,4 e potência aplicada de 236 W. Observou-se que os limites de inflamabilidade são aumentados com a utilização da descarga elétrica, podendo ser estendidos até 2,2 dependendo da potência aplicada. As análises químicas demonstram que a reatividade do processo, associada ao consumo de reagentes, é maior quando ocorre a formação de chama, sendo maior ainda próxima da estequiometria. No entanto, a produção de hidrogênio é maior fora dos limites de inflamabilidade. Estes resultados, correlacionados com os efeitos que levam à intensificação da chama pela assistência do plasma, indicam que o hidrogênio gerado devido a processos de descarga é queimado na chama, facilitando a ignição da mistura e aumentando a liberação de energia na combustão.

Na década de 80 houve um aumento na utilização de isótopos estáveis em física nuclear, medicina nuclear, ciências biomédicas; geociências etc e as previsões indicam para um crescimento no consumo destes isótopos nas próximas décadas. Dentro deste quadro, novos métodos de separação isotópica foram propostos e desenvolvidos, entre eles, a centrifuga de plasma iniciada por arco no vácuo. Este trabalho mostra os resultados experimentais obtidos na centrífuga de plasma iniciada por arco no vácuo desenvolvida no LAP/INPE desde 1981. Inicialmente é feita una descrição da descarga em arco no vácuo que é a fonte de plasma desta centrífuga e com as medidas realizadas, uma caracterização completa do plasma pode ser obtida. Os resultados teóricos obtidos de um modelo de fluido para a coluna de plasma em rotação são comparados com os obtidos experimentalmente e, algumas limitações deste separador isotópico sio mencionadas. Os efeitos de gases residuais nos parâmetros do plasma desta centrifuga foram estudados e1 os resultados mostraram que o melhor desempenho deste separador ocorre na ausência de gases na câmara de vácuo. Dos resultados experimentais obtidos foi feito um estudo comparativo entre os diferentes métodos de separação isotópica e, observações conclusivas foram possíveis sobre a viabilidade de uma centrífuga de plasma iniciada por- arco no vácuo como um dispositivo para a separação de isótopos estáveis. / In the 80\'s, an increase in the utilization of stable isotopes in the nuclear physics, nuclear medicine, biomedical science geoscience has been observed. The previsions indicate that the consumption of these isotopes in the early future will be even higher. Within this picture new methods of isotope separation were proposed and developed, among them, the vacuum are plasma centrifuge. This work shows the experimental results obtained in the vacuum are plasma centrifuge developed at LAP /INPE since 1981. Initially we describe the vacuum are discharge which is the plasma source in this device. The measurements preformed provide a full characterization of the plasma. The experimental results were compared with that ones expected using an MHD model for a rotating plasma column. The limitations of this isotopic separator are discussed. The effects of residual gases in the plasma parameters of the vacuum are plasma centrifuge were studied and the results shown that the best performance occurs in the absence of gases in the vacuum chamber. The experimental results obtained were used to make a comparative study between different methods of isotope separation and conclusive remarks were achieved about the viability of a vacuum are plasma centrifuge as a device for stable isotope separation.

Neste trabalho são apresentados o projeto, construção, caraterização e utilização de um dispositivo de produção de plasmas por absorção de ondas eletromagnéticas, na frequência ciclotrônica dos elétrons - ECR (\"electron-cyclotron resonance\"), Os fundamentos teóricos dos processos físicos relevantes, tanto com relação a absorção das ondas eletromagnéticas como quanto ao diagnóstico do plasma, são discutidos de forma a permitir uma apresentação completa do tema, A construção e a utilização do dispositivo, para crescimento de filmes semicondutores de interesse sobre substratos de silício, são descritos em detalhe. No caso de filmes de nitreto de boro cúbico, as experiências não tiveram êxito devido a impossibilidade de conseguir a fonte de boro prevista no projeto, decaborana, Já no caso de nitreto de alumínio hexagonal, foi possível demonstrar, pela primeira vez diretamente em dispositivos ECR, o crescimento de grãos policristalinos, A configuração magnética e os parâmetros de plasma apropriados para crescimento de nitreto de alumínio foram devidamente determinados. / The design, construction, and characterization of an electron-cyclotron-resonance (ECR) plasma device, as well as its utilization for deposition of thin semiconductor films, is described in detail. The basic theory of the relevant physical process, regarding electromagnetic wave absorption by the plasma and diagnostic, is discussed in order to provide a self-contained presentation of the subject. The growth of cubic boron nitrite and hexagonal aluminium nitrite over silicon substrates was pursued. In the first case, the experimental procedure was hindered by the impossibility to import decaborane, which was envisaged in the original project as the source of boron. The attempts to other sources were unsuccessful. In the latter case, a successful growth of polycristalins aluminium nitride was achieved, for the first time directly in a ECR plasma), to the best of our knowledge. The magnetic configuration and plasma parameters required for successful crystal growth were determined.

O presente trabalho encontra-se dividido nas seguintes etapas: primeiramente são expostas algumas limitações presentes nas equações dinâmicas dos plasmas não-colisionais. A seguir obtem-se, de maneira heurística, algumas correções elementares às teorias lineares, correções estas que conduzem diretamente as assim chamadas quase-lienares em suas formas não relavística e relavística. Examina-se então o efeito da variação relativística da girofrequência sobre o coeficiente de difusão, numa aproximação tipicamente perturbativa. / The present work is divided in the following parts: firstly some limitations which are present in the dynamical equations for collisionless plasmas are discussed. Then we obtain, in a heuristic form, some elementary corrections to the linear theories, which directly lead to the so-called quasi-linear theories in its non-relativistic and relativistic forms. The effect of the relativistic variation of the gyrofrequency on the diffusion coefficient is examined in a typically perturbative approximation.

Na década de 80 houve um aumento na utilização de isótopos estáveis em física nuclear, medicina nuclear, ciências biomédicas; geociências etc e as previsões indicam para um crescimento no consumo destes isótopos nas próximas décadas. Dentro deste quadro, novos métodos de separação isotópica foram propostos e desenvolvidos, entre eles, a centrifuga de plasma iniciada por arco no vácuo. Este trabalho mostra os resultados experimentais obtidos na centrífuga de plasma iniciada por arco no vácuo desenvolvida no LAP/INPE desde 1981. Inicialmente é feita una descrição da descarga em arco no vácuo que é a fonte de plasma desta centrífuga e com as medidas realizadas, uma caracterização completa do plasma pode ser obtida. Os resultados teóricos obtidos de um modelo de fluido para a coluna de plasma em rotação são comparados com os obtidos experimentalmente e, algumas limitações deste separador isotópico sio mencionadas. Os efeitos de gases residuais nos parâmetros do plasma desta centrifuga foram estudados e1 os resultados mostraram que o melhor desempenho deste separador ocorre na ausência de gases na câmara de vácuo. Dos resultados experimentais obtidos foi feito um estudo comparativo entre os diferentes métodos de separação isotópica e, observações conclusivas foram possíveis sobre a viabilidade de uma centrífuga de plasma iniciada por- arco no vácuo como um dispositivo para a separação de isótopos estáveis. / In the 80\'s, an increase in the utilization of stable isotopes in the nuclear physics, nuclear medicine, biomedical science geoscience has been observed. The previsions indicate that the consumption of these isotopes in the early future will be even higher. Within this picture new methods of isotope separation were proposed and developed, among them, the vacuum are plasma centrifuge. This work shows the experimental results obtained in the vacuum are plasma centrifuge developed at LAP /INPE since 1981. Initially we describe the vacuum are discharge which is the plasma source in this device. The measurements preformed provide a full characterization of the plasma. The experimental results were compared with that ones expected using an MHD model for a rotating plasma column. The limitations of this isotopic separator are discussed. The effects of residual gases in the plasma parameters of the vacuum are plasma centrifuge were studied and the results shown that the best performance occurs in the absence of gases in the vacuum chamber. The experimental results obtained were used to make a comparative study between different methods of isotope separation and conclusive remarks were achieved about the viability of a vacuum are plasma centrifuge as a device for stable isotope separation.

Tokamaks de baixa razão de aspecto (LART), também chamados tokamaks esféricos (ST), são dispositivos concebidos teoricamente para ter um alto fator beta IND. T, típico de um disposito de efeito estrição de campo reverso (RFP) ou Spheromak (beta IND. T SETA INFINITO, mas com geometria similar a um ultra-LART), porém mantendo o confinamento de um tokamak convencional, adicionado às melhores propriedades de estabilidade. Aqui beta IND. T 3 BARRAS 91/ V IND. p) INT. pdV/(B IND. To POT. 2/ 2mü IND. 0), B IND. To 3 BARRAS B IND. T POT. vac (R IND. 0) e p é a pressão do plasma. START foi o primeiro LART a demonstrar essas caracterísiticas em temperaturas de T IND. i APROXIMADAMENTE IGUAL A T IND. e 10 POT. 2eV. O trabalho descrito nesta tese teve como objetivo o desenvolvimento e a utilização de sistemas de diagnóstivos para o estudo dos regimes de operação da densidade do plasma no START. Desenvolveu-se um interferômetro de dupla-passagem de feixe ao longo do plano médio horizontal do vaso, com a finalidade de medir a densidade média de linha do plasma. Esse interferômetro era composto de um laser HCN (337müm), uma mesa óptica e detectores (díodos Schottky). Mediu-se n BARRA IND. e < 10 POT. 18_ > 2x10 POT. 20m POT. -3. Desenvolveu-se um sistema de pré-ionização por ondas ressonantes elétron-ciclotrônicas, baseado num gerador klystron de 6GHz e P IND. ECR-P < ou =3kW, para o auxílio na ruptura elétrica do gás no regime Tokamak, reduzindo o valor de fluxo magnético necessário para romper e manter a descarga e aumentar sua reprodutibilidade. Observou-se, a pressões de preenchimento 1,1-1,5X10 POT. -5 mbar, uma maior reprodutibilidade da descarga e redução do tempo de ruptura do gás com o aumento de P IND. ECR-P. Colocou-se também em operação um injetor de pastilhas criogênicas (8-9K) de deutério, D IND.2, com o objetivo de aumentar a densidade ) do plasma. Esse era do tipo canhão de gás, de uma única pastilha com valores de massa 3 x 10 IND. 19 átomos e velocidadee de 50-400m/s, propulsiopnadas por gás H IND. 2 (0-4bar). Pastilhas forma injetadas da parte superior do START, quase verticalmente, na região de alto campo magnético do vaso, em regimes ôhmico e aquecido por feixes de partículas neutras (NBI), de alto e baixo beta IND. T, aumentando substancialmente a densidade. Com o uso desses diagnósticos, estudaram-se os regimes de alta e baixa densidade, Com injeção de gás, obteve-se n BARRA IND. e POT. max = 1,0x10 POT.20 densidade de Greenwald N IND. G POT. max APROXIMADAMENTE IGUAL À 0,9) e observou-se a contração da coluna do plasma e o colapso das descargas em duas fases, semelhante ao que ocorre nos Tokamaks convencionais. Observou-se um aumento da densidade com o uso de NBI, mas não da densidade de Greenwald. Obteve-se, também, via injeção de pastilha, simultaneamente, altas densidades (N IND. G 1,0-1,1), grande eficiência de reposição de partículas ( 100%) e melhoria no confinamento em descargas de altos valores de beta IND. T 9 23-27%). É provável que o limite de pressão tenha sido atingido. / Low Aspect Ratio Tokamaks (LARTs) or Spherical Tokamaks (STs) are devices theoretically conceived to have the high toroidal T of the Reversed- Field Pinch and Spheromak (T but similar geometry to an ultra-LART) whilst retaining the confinement of the conventional Tokamak together with improved stability. Here T = (1/Vp) f pdV/ (B2TO/2o) BT= BT (Ro), and p is the plasma pressure. START was the first LART to demonstrate these features at temperatures of Tt ~Te ~102eV. The work described in this thesis has aimed to develop and use diagnostics and their use for studying the density operating regimes on START. A double-pass mid plane interferometer was commissioned for measuring the plasma density. This system was composed by an existing HCN laser (337 ), an optical table, and detectors (Schottky diodes).

Ce travail a porté sur l'étude des instabilités de gradient de température ioniques (ITG) en géométrie cylindrique, le champ magnétique étant supposé constant et dirigé selon l'axe du cylindre. Une fonction de distribution discrète en forme de marche d'escalier est utilisée pour décrire la direction de vitesse parallèle au champ magnétique. L'équation de Vlasov se résume à un système de type multi fluides couplés par l'équation de quasi neutralité. Chaque fluide est décrit par un système fermé d'équations (continuité, Euler et fermeture adiabatique), caractéristiques d'un fluide incompressible, d'ou la dénomination de sac d'eau ou “water bag”. Le recours à cette description water bag est particulièrement intéressant dans le cas de problèmes à une seule dimension en vitesse. Ainsi, dans le cas des plasmas fortement magnétisés, un modèle water bag peut se combiner avantageusement aux modèles dits girocinétiques. Les paramètres associés a la représentation water bag ont pu être identifiés et reliés aux grandeurs macroscopiques par le biais d'une méthode originale d'équivalence au sens des moments. L'analyse water bag des ITG a permis de valider le modèle et les méthodes choisies. Ce travail a également permis de montrer que le concept de water bag peut sans problème prendre en compte des effets variés comme ceux liés a l'introduction d'un rayon de Larmor fini, tout comme à la description d'un plasma composé de plusieurs espèces d'ions.

This thesis analyses the effect spin-orbit coupling has on the dispersion of Langmuir waves in magnetized plasmas, using recently developed kinetic theories of plasmas including quantummechanical and relativistic effects. Two new wave modes appearclose to the resonance <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5CDelta%20%5Comega_%7Bc%7D" /> = ( g/2 − 1)<img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Comega_%7Bc%7D" /> , where <img src="http://www.diva-portal.org/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Comega_%7Bc%7D" /> is the cyclotron frequency and g is the electron gyromagnetic ratio. Forconsidered long wave lengths the deviation from this resonanceis very small. The wave modes are also very weakly damped.

Thèse de doctorat : Physique des plasmas : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Neste trabalho estudaremos o comportamento de um feixe de partículas carregadas, radialmente simétrico, quando este élançado em um canal solenoidal com campo magnético constante. Se esse feixe for denso e se propagar com uma velocidade muito menor que a da luz, sofrerá um forte efeito de repulsão Coulombiana, a qual competirá com a força magnética externa do canal solenoidal. Em um dado momento, entre o regime de transição do estado inicial para o estado final de relaxação, o feixe ejetará partículas do seu núcleo para a borda e, esse processo se intensificará à medida que o feixe se propaga no canal solenoidal. Analisaremos esse fenômeno de maneira detalhada, tanto para feixes com temperaturas quanto para feixes frios. Para isso, construiremos modelos numéricos e analíticos, onde ambos estabelecerão parâmetros que permitam otimizar o tempo de vida do feixe dentro do canal solenoidal até a primeira ejeção de partículas, [1], [2], [3], [4]. Com o intuito de entendermos a dinâmica do sistema como um todo, também estudaremos o estado estacionário do feixe. Para tanto, utilizaremos técnicas Lagrangeanas e quantidade conservadas, como a energia total, a fim de determinarmos a emitância do estado relaxado [5], [6]. / In this work, we will study the behavior of a charged particle beam, radially symmet- rical, when it is launched in a solenoidal channel with constant magnetic field. If the beam is dense and propagate with speed much slower than the light, it will undergo a strong effect of Coulomb repulsion, which compete with the strength of the external magnetic solenoidal channel. At a certain point, between the transition from initial state to the ultimate state of relaxation, the beam will eject particles from the core to its edge, and this process will intensify as the beam propagates in the channel solenoidal. We will analyze this phenomenon in detail either for cold beams as for beams with temperature. To do this, we will construct analytical and numerical models, which both provide parameters to optimize the lifetime of the beam inside the solenoidal channel until the first ejection of particles, [1], [2], [3], [4]. In order to understand the dynamics of the system as a whole, we will also study the relaxed state of the beam. For this purpose, we will use Lagrangian techniques and conserved quantities, as the total energy, with the purpose of determine the emittance of the relaxed state [5], [6].