929 resultados para FUSION PLASMAS


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For magnetically confined plasmas in tokamaks, we have numerically investigated how Lagrangian chaos at the plasma edge affects the plasma confinement. Initially, we have considered the chaotic motion of particles in an equilibrium electric field with a monotonic radial profile perturbed by drift waves. We have showed that an effective transport barrier may be created at the plasma edge by modifying the electric field radial profile. In the second place, we have obtained escape patterns and magnetic footprints of chaotic magnetic field lines in the region near a tokamak wall with resonant modes due to the action of an ergodic magnetic limiter. For monotonic plasma current density profiles we have obtained distributions of field line connections to the wall and line escape channels with the same spatial pattern as the magnetic footprints on the tokamak walls. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

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We have investigated plasma turbulence at the edge of a tokamak plasma using data from electrostatic potential fluctuations measured in the Brazilian tokamak TCABR. Recurrence quantification analysis has been used to provide diagnostics of the deterministic content of the series. We have focused our analysis on the radial dependence of potential fluctuations and their characterization by recurrence-based diagnostics. Our main result is that the deterministic content of the experimental signals is most pronounced at the external part of the plasma column just before the plasma radius. Since the chaoticity of the signals follows the same trend, we have concluded that the electrostatic plasma turbulence at the tokamak plasma edge can be partially explained by means of a deterministic nonlinear system. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

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Turbulence is one of the key problems of classical physics, and it has been the object of intense research in the last decades in a large spectrum of problems involving fluids, plasmas, and waves. In order to review some advances in theoretical and experimental investigations on turbulence a mini-symposium on this subject was organized in the Dynamics Days South America 2010 Conference. The main goal of this mini-symposium was to present recent developments in both fundamental aspects and dynamical analysis of turbulence in nonlinear waves and fusion plasmas. In this paper we present a summary of the works presented at this mini-symposium. Among the questions to be addressed were the onset and control of turbulence and spatio-temporal chaos. (C) 2011 Elsevier B. V. All rights reserved.

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Este trabajo esta dedicado al estudio de las estructuras macroscópicas conocidas en la literatura como filamentos o blobs que han sido observadas de manera universal en el borde de todo tipo de dispositivos de fusión por confinamiento magnético. Estos filamentos, celdas convectivas elongadas a lo largo de las líneas de campo que surgen en el plasma fuertemente turbulento que existe en este tipo de dispositivos, parecen dominar el transporte radial de partículas y energía en la región conocida como Scrape-off Layer, en la que las líneas de campo dejan de estar cerradas y el plasma es dirigido hacia la pared sólida que forma la cámara de vacío. Aunque el comportamiento y las leyes de escala de estas estructuras son relativamente bien conocidos, no existe aún una teoría generalmente aceptada acerca del mecanismo físico responsable de su formación, que constituye una de las principales incógnitas de la teoría de transporte del borde en plasmas de fusión y una cuestión de gran importancia práctica en el desarrollo de la siguiente generación de reactores de fusión (incluyendo dispositivos como ITER y DEMO), puesto que la eficiencia del confinamiento y la cantidad de energía depositadas en la pared dependen directamente de las características del transporte en el borde. El trabajo ha sido realizado desde una perspectiva eminentemente experimental, incluyendo la observación y el análisis de este tipo de estructuras en el stellarator tipo heliotrón LHD (un dispositivo de gran tamaño, capaz de generar plasmas de características cercanas a las necesarias en un reactor de fusión) y en el stellarator tipo heliac TJ-II (un dispositivo de medio tamaño, capaz de generar plasmas relativamente más fríos pero con una accesibilidad y disponibilidad de diagnósticos mayor). En particular, en LHD se observó la generación de filamentos durante las descargas realizadas en configuración de alta _ (alta presión cinética frente a magnética) mediante una cámara visible ultrarrápida, se caracterizó su comportamiento y se investigó, mediante el análisis estadístico y la comparación con modelos teóricos, el posible papel de la Criticalidad Autoorganizada en la formación de este tipo de estructuras. En TJ-II se diseñó y construyó una cabeza de sonda capaz de medir simultáneamente las fluctuaciones electrostáticas y electromagnéticas del plasma. Gracias a este nuevo diagnóstico se pudieron realizar experimentos con el fin de determinar la presencia de corriente paralela a través de los filamentos (un parámetro de gran importancia en su modelización) y relacionar los dos tipos de fluctuaciones por primera vez en un stellarator. Así mismo, también por primera vez en este tipo de dispositivo, fue posible realizar mediciones simultáneas de los tensores viscoso y magnético (Reynolds y Maxwell) de transporte de cantidad de movimiento. ABSTRACT This work has been devoted to the study of the macroscopic structures known in the literature as filaments or blobs, which have been observed universally in the edge of all kind of magnetic confinement fusion devices. These filaments, convective cells stretching along the magnetic field lines, arise from the highly turbulent plasma present in this kind of machines and seem to dominate radial transport of particles and energy in the region known as Scrapeoff Layer, in which field lines become open and plasma is directed towards the solid wall of the vacuum vessel. Although the behavior and scale laws of these structures are relatively well known, there is no generally accepted theory about the physical mechanism involved in their formation yet, which remains one of the main unsolved questions in the fusion plasmas edge transport theory and a matter of great practical importance for the development of the next generation of fusion reactors (including ITER and DEMO), since efficiency of confinement and the energy deposition levels on the wall are directly dependent of the characteristics of edge transport. This work has been realized mainly from an experimental perspective, including the observation and analysis of this kind of structures in the heliotron stellarator LHD (a large device capable of generating reactor-relevant plasma conditions) and in the heliac stellarator TJ-II (a medium-sized device, capable of relatively colder plasmas, but with greater ease of access and diagnostics availability). In particular, in LHD, the generation of filaments during high _ discharges (with high kinetic to magnetic pressure ratio) was observed by means of an ultrafast visible camera, and the behavior of this structures was characterized. Finally, the potential role of Self-Organized Criticality in the generation of filaments was investigated. In TJ-II, a probe head capable of measuring simultaneously electrostatic and electromagnetic fluctuations in the plasma was designed and built. Thanks to this new diagnostic, experiments were carried out in order to determine the presence of parallel current through filaments (one of the most important parameters in their modelization) and to related electromagnetic (EM) and electrostatic (ES) fluctuations for the first time in an stellarator. As well, also for the first time in this kind of device, measurements of the viscous and magnetic momentum transfer tensors (Reynolds and Maxwell) were performed.

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The one-dimensional motion generated in a cold, infinite, uniform plasma of density na by the absorption, in a certain plane, of a linear pulse of energy per unit time and area = 4>0t/r, 0< t< r, is considered, the analysis allows for thermal conduction and viscosity of ions and electrons, their energy exchange, and an electron heat flux limiter The resulting motion is self-similar and governed by a single nondimensional parameter a«(n0 2T/0)2/3 Detailed asymptotic results are obtained for both a < l and a > l , the general behavior of the solution for arbitrary a is discussed The analysis can be extended to the case of a plasma initially occupying a half-space, and throws light on how to optimize the hydrodynamics of laser fusion plasmas Known approximate results corresponding to motion of a plasma submitted to constant irradiation (<()) are recovered in the present work under appropriate limiting processes

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During some discharges in Tokamak Chauffage Alfven Bresilien [R. M. O. Galvao et al., Plasma Phys. Controlled Fusion 43, 1181 (2001)] high magnetohydrodynamic activity may appear with a peaked frequency spectrum. Whenever this peak occurs, the ambient broadband electrostatic turbulence is remarkably modified, synchronizing into the dominant magnetic fluctuation frequency and presenting high bicoherence in the whole plasma edge with a maximum bicoherence inside the plasma. A phenomenological model is introduced to investigate this driven turbulence bicoherence, consisting of nonlinearly coupled phase-randomized drift modes with time-periodic external driving at the dominant magnetic fluctuation frequency. The bicoherence spectrum of this model can mimic features of the experimental results. (C) 2009 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.3099701]

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A frequency scanning O-mode reflectometer was used for studies of plasma density oscillations during local Alfven wave (LAW) excitation in the Tokamak Chauffage Alfven Bresilien (TCABR) at the frequency f(A) = 5 MHz. It was found that the spectrum of the reflectometer output signal, which consists mainly of the ""beat"" frequency f(B), is modified by the LAW excitation, and two additional frequency peaks appear, which are symmetrical in relation to the LAW excitation frequency f = f(A) +/- f(B). This result opens the possibility to improve the efficiency of studying the LAW induced density oscillations. The symmetry of these frequency peaks yields the possibility of finding the microwave frequency at which the reflectometer cutoff layer coincides with radial position of the LAW resonance zone in the TCABR tokamak. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3541756]

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Investigations of chaotic particle transport by drift waves propagating in the edge plasma of tokamaks with poloidal zonal flow are described. For large aspect ratio tokamaks, the influence of radial electric field profiles on convective cells and transport barriers, created by the nonlinear interaction between the poloidal flow and resonant waves, is investigated. For equilibria with edge shear flow, particle transport is seen to be reduced when the electric field shear is reversed. The transport reduction is attributed to the robust invariant tori that occur in nontwist Hamiltonian systems. This mechanism is proposed as an explanation for the transport reduction in Tokamak Chauffage Alfven Bresilien [R. M. O. Galvao , Plasma Phys. Controlled Fusion 43, 1181 (2001)] for discharges with a biased electrode at the plasma edge.

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We analyze the turbulence driven particle transport in Texas Helimak [K. W. Gentle and H. He, Plasma Sci. Technol. 10, 284 (2008)], a toroidal plasma device with a one-dimensional equilibrium with magnetic curvature and shear. Alterations on the radial electric field, through an external voltage bias, change the spectral plasma characteristics inducing a dominant frequency for negative bias values and a broad band frequency spectrum for positive bias values. When applying a negative bias, the transport is high where the waves propagate with phase velocities near the plasma flow velocity, an indication that the transport is strongly affected by a wave particle resonant interaction. On the other hand, for positive bias values, the plasma has a reversed shear flow, and we observe that the transport is almost zero in the shearless radial region, an evidence of a transport barrier in this region. (c) 2012 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3676607]

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Infrared (IR) interferometry is a method for measuring the line-electron density of fusion plasmas. The significant performance achieved by FPGAs in solving digital signal processing tasks advocates the use of this type of technology in two-color IR interferometers of modern stellarators, such as the TJ-II (Madrid, Spain) and the future W7-X (Greifswald, Germany). In this work the implementation of a line-average electron density measuring system in an FPGA device is described. Several optimizations for multichannel systems are detailed and test results from the TJ-II as well as from a W7-X prototype are presented.

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Actualmente, la física de plasmas constituye una parte importante de la investigación en física que está siendo desarrollada. Su campo de aplicación varía desde el estudio de plasmas interestelares y cósmicos, como las estrellas, las nebulosas, el medio intergaláctico, etc.; hasta aplicaciones más terrenales como la producción de microchips o los dispositivos de iluminación. Resulta particularmente interesante el estudio del contacto de una superficie metálica con un plasma. Siendo la razón que, la dinámica de la interfase formada entre un plasma imperturbado y una superficie metálica, resulta de gran importancia cuando se trata de estudiar problemas como: la implantación iónica en una oblea de silicio, el grabado por medio de plasmas, la carga de una aeronave cuando atraviesa la ionosfera y la diagnosis de plasmas mediante sondas de Langmuir. El uso de las sondas de Langmuir está extendido a través de multitud de aplicaciones tecnológicas e industriales como método de diagnosis de plasmas. Algunas de estas aplicaciones han sido mencionadas justo en el párrafo anterior. Es más, su uso también es muy popular en la investigación en física de plasmas, por ser una de las pocas técnicas de diagnosis que proporciona información local sobre el plasma. El equipamiento donde es habitualmente implementado varía desde plasmas de laboratorio de baja temperatura hasta plasmas de fusión en dispositivos como tokamaks o stellerators. La geometría más popular de este tipo de sondas es cilíndrica, y la principal magnitud que se usa para diagnosticar el plasma es la corriente recogida por la sonda cuando se encuentra polarizada a un cierto potencial. Existe un interes especial en diagnosticar por medio de la medida de la corriente iónica recogida por la sonda, puesto que produce una perturbación muy pequeña del plasma en comparación con el uso de la corriente electrónica. Dada esta popularidad, no es de extrañar que grandes esfuerzos se hayan realizado en la consecución de un modelo teórico que explique el comportamiento de una sonda de Langmuir inmersa en un plasma. Hay que remontarse a la primera mitad del siglo XX para encontrar las primeras teorías que permiten diagnosticar parámetros del plasma mediante la medida de la corriente iónica recogida por la sonda de Langmuir. Desde entonces, las mejoras en estos modelos y el desarrollo de otros nuevos ha sido una constante en la investigación en física de plasmas. No obstante, todavía no está claro como los iones se aproximan a la superficie de la sonda. Las dos principales, a la par que opuestas, aproximaciones al problema que están ampliamente aceptadas son: la radial y la orbital; siendo el problema que ambas predicen diferentes valores para la corriente iónica. Los experimentos han arrojado resultados de acuerdo con ambas teorías, la radial y la orbital; y lo que es más importante, una transición entre ambos ha sido recientemente observada. La mayoría de los logros conseguidos a la hora de comprender como los iones caen desde el plasma hacia la superficie de la sonda, han sido llevados a cabo en el campo de la dinámica de fluidos o la teoría cinética. Por otra parte, este problema puede ser abordado mediante el uso de simulaciones de partículas. La principal ventaja de las simulaciones de partículas sobre los modelos de fluidos o cinéticos es que proporcionan mucha más información sobre los detalles microscópicos del movimiento de las partículas, además es relativamente fácil introducir interacciones complejas entre las partículas. No obstante, estas ventajas no se obtienen gratuitamente, ya que las simulaciones de partículas requieren grandísimos recursos. Por esta razón, es prácticamente obligatorio el uso de técnicas de procesamiento paralelo en este tipo de simulaciones. El vacío en el conocimiento de las sondas de Langmuir, es el que motiva nuestro trabajo. Nuestra aproximación, y el principal objetivo de este trabajo, ha sido desarrollar una simulación de partículas que nos permita estudiar el problema de una sonda de Langmuir inmersa en un plasma y que está negativamente polarizada con respecto a éste. Dicha simulación nos permitiría estudiar el comportamiento de los iones en los alrededores de una sonda cilíndrica de Langmuir, así como arrojar luz sobre la transición entre las teorías radiales y orbitales que ha sido observada experimentalmente. Justo después de esta sección introductoria, el resto de la tesis está dividido en tres partes tal y como sigue: La primera parte está dedicada a establecer los fundamentos teóricos de las sondas de Langmuir. En primer lugar, se realiza una introducción general al problema y al uso de sondas de Langmuir como método de diagnosis de plasmas. A continuación, se incluye una extensiva revisión bibliográfica sobre las diferentes teorías que proporcionan la corriente iónica recogida por una sonda. La segunda parte está dedicada a explicar los detalles de las simulaciones de partículas que han sido desarrolladas a lo largo de nuestra investigación, así como los resultados obtenidos con las mismas. Esta parte incluye una introducción sobre la teoría que subyace el tipo de simulaciones de partículas y las técnicas de paralelización que han sido usadas en nuestros códigos. El resto de esta parte está dividido en dos capítulos, cada uno de los cuales se ocupa de una de las geometrías consideradas en nuestras simulaciones (plana y cilíndrica). En esta parte discutimos también los descubrimientos realizados relativos a la transición entre el comportamiento radial y orbital de los iones en los alrededores de una sonda cilíndrica de Langmuir. Finalmente, en la tercera parte de la tesis se presenta un resumen del trabajo realizado. En este resumen, se enumeran brevemente los resultados de nuestra investigación y se han incluido algunas conclusiones. Después de esto, se enumeran una serie de perspectivas futuras y extensiones para los códigos desarrollados.

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Alfven eigenmodes (AE) driven by ion cyclotron resonance heating are usually registered by different diagnostic channels in the hot core plasmas of large tokamaks like JET and ASDEX Upgrade. These AE appear very near to the extremum points of Alfven wave continuum, which is modified by the geodesic effect due to poloidal mode coupling. It is shown that the AE spectrum may be explored as the magnetic spectroscopy (like Alfven cascades by Sharapov et al 2001 Phys. Lett. A 289 127) to determine the q-factor minimum and geodesic frequency at the magnetic axis in standard sawtoothed discharges without reversed shear.

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The electrostatic geodesic mode oscillations are investigated in rotating large aspect ratio tokamak plasmas with circular isothermal magnetic surfaces. The analysis is carried out within the magnetohydrodynamic model including heat flux to compensate for the non-adiabatic pressure distribution along the magnetic surfaces in plasmas with poloidal rotation. Instead of two standard geodesic modes, three geodesic continua are found. The two higher branches of the geodesic modes have a small frequency up-shift from ordinary geodesic acoustic and sonic modes due to rotation. The lower geodesic continuum is a newzonal flowmode (geodesic Doppler mode) in plasmas with mainly poloidal rotation. Limits to standard geodesic modes are found. Bifurcation of Alfven continuum by geodesic modes at the rational surfaces is also discussed. Due to that, the frequency of combined geodesic continuum extends from the poloidal rotation frequency to the ion-sound band that can have an important role in suppressing plasma turbulence.

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A self-consistent equilibrium calculation, valid for arbitrary aspect ratio tokamaks, is obtained through a direct variational technique that reduces the equilibrium solution, in general obtained from the 2D Grad-Shafranov equation, to a 1D problem in the radial flux coordinate rho. The plasma current profile is supposed to have contributions of the diamagnetic, Pfirsch-Schluter and the neoclassical ohmic and bootstrap currents. An iterative procedure is introduced into our code until the flux surface averaged toroidal current density (J(T)), converges to within a specified tolerance for a given pressure profile and prescribed boundary conditions. The convergence criterion is applied between the (J(T)) profile used to calculate the equilibrium through the variational procedure and the one that results from the equilibrium and given by the sum of all current components. The ohmic contribution is calculated from the neoclassical conductivity and from the self-consistently determined loop voltage in order to give the prescribed value of the total plasma current. The bootstrap current is estimated through the full matrix Hirshman-Sigmar model with the viscosity coefficients as proposed by Shaing, which are valid in all plasma collisionality regimes and arbitrary aspect ratios. The results of the self-consistent calculation are presented for the low aspect ratio tokamak Experimento Tokamak Esferico. A comparison among different models for the bootstrap current estimate is also performed and their possible Limitations to the self-consistent calculation is analysed.

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Shearless transport barriers appear in confined plasmas due to non-monotonic radial profiles and cause localized reduction of transport even after they have been broken. In this paper we summarize our recent theoretical and experimental research on shearless transport barriers in plasmas confined in toroidal devices. In particular, we discuss shearless barriers in Lagrangian magnetic field line transport caused by non-monotonic safety factor profiles. We also discuss evidence of particle transport barriers found in the TCABR Tokamak (University of Sao Paulo) and the Texas Helimak (University of Texas at Austin) in biased discharges with non-monotonic plasma flows.