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Aplicações de plasmas em fusão controlada e modelagem em plasmas frios

Processo: 15/16471-8
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de dezembro de 2015 - 30 de novembro de 2017
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física dos Fluídos, Física de Plasmas e Descargas Elétricas
Pesquisador responsável:Marisa Roberto
Beneficiário:Marisa Roberto
Instituição-sede: Divisão de Ciências Fundamentais (IEF). Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Assunto(s):Tokamaks  Campo magnético  Descarga elétrica  Plasma (estados da matéria)  Plasma frio 

Resumo

Barreiras para o transporte de linhas de campo magnético possuem um papel importante na área de fusão controlada em tokamaks. Através de dispositivos que causam perturbações externas, que pode ser um limitador ergódigo, o qual perturba superfícies racionais na borda da coluna de plasma, é possível a formação de uma camada estocástica. Pretende-se aproveitar a metodologia já descrita em trabalhos anteriores do grupo para incluir os efeitos da resposta do plasma na presença de perturbações magnéticas ressonantes. Será apresentado um modelo analítico e numérico para calcular a distribuição espacial do campo magnético quando uma corrente elétrica é aplicada em determinadas superfícies para simular a resposta do plasma a campos perturbativos. Inúmeros trabalhos têm se dedicado ao estudo de tokamaks com divertores poloidais, já que o propósito de um divertor é redirecionar o escape do plasma em direção a separatriz. Propõe-se utilizar o chamado método do mapas, já descrito em trabalhos anteriores do grupo, em um modelo que inclui tokamaks de seção transversal qualquer incluindo efeitos de triangularidade e elongação. Pretende-se estudar os efeitos do transporte de linhas de campo magnético nas bordas do tokamak.Propõe-se também estudar a turbulência causada por ondas de deriva em pasmas de fusão. A não uniformidade é gerada pelo potencial eletrostático flutuante, que causa o transporte anômalo de partículas observado na borda de tokamaks podendo degradar o confinamento do plasma. Com a demonstração da viabilidade científica da fusão nuclear controlada, no início da década de 1990, foram fortemente intensificadas as atividades para desenvolver reatores à fusão. Este esforço resultou na aprovação da construção, na França, do primeiro protótipo de um reator, ITER, por um consórcio formado por seis países e a Comunidade Européia. O projeto aqui proposto insere-se no contexto de modelagem teórica computacional, através do código Cronos, para os tokamaks TCABR, localizado no Instituto de Física da Universidade de S. Paulo e o ITER, em fase de construção em Cadarache, França. A proponente deste projeto, Profª. Marisa Roberto e o Dr. Wanderley P. de Sá estiveram em Cadarache em 2010, realizando um treinamento para obtenção de uma licença para utilização do código Cronos, retornando em 2012 para um segundo treinamento. A modelagem consiste no estudo de transporte de partículas em toda a região da descarga e no estudo do transporte anômalo na borda, o qual é muito superior ao previsto com o uso da teoria colisional clássica, que é a causa da turbulência do plasma nessa região. Pretende-se também investigar o equilíbrio MHD e transporte usando um perfil de corrente toroidal com cisalhamento magnético através do código Cronos.No que se refere a área de plasmas frios para aplicações tecnológicas, destaca-se o avanço conseguido nos últimos anos na indústria eletrônica, no que se refere aos dispositivos microeletrônicos e aos microsistemas eletromecânicos (MEMS). Neste trabalho pretende-se utilizar reatores do tipo "reactive ion etching" (RIE) e "inductively coupled plasma" ICP, nos quais são gerados plasmas frios por descargas em gases a baixa pressão, para realizar corrosões. Para isso, será estudada uma descarga de rádio-frequência, em diferentes valores de pressão, potência e vazão de gases. Modelos computacionais serão desenvolvidos ou aperfeiçoados visando melhor esclarecer os principais mecanismos que regem a física e a química dos plasmas gerados para estes reatores. Dois métodos serão utilizados, Partícula na Célula-Colisão Monte Carlo e Modelo Global. (AU)

Publicações científicas (6)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
MARCUS, F. A.; ROBERTO, M.; CALDAS, I. L.; ROSALEM, K. C.; ELSKENS, Y. Influence of the radial electric field on the shearless transport barriers in tokamaks. Physics of Plasmas, v. 26, n. 2 FEB 2019. Citações Web of Science: 0.
TONELI, D. A.; PESSOA, R. S.; ROBERTO, M.; GUDMUNDSSON, J. T. A global model study of low pressure high density CF4 discharge. PLASMA SOURCES SCIENCE & TECHNOLOGY, v. 28, n. 2 FEB 2019. Citações Web of Science: 1.
FRAILE JUNIOR, ANDRE CARLOS; ROBERTO, MARISA; CALDAS, IBERE LUIZ. Plasma Response to Resonant Perturbations at Tokamak Edge. Brazilian Journal of Physics, v. 48, n. 4, p. 426-432, AUG 2018. Citações Web of Science: 0.
FRAILE, JR., ANDRE CARLOS; ROBERTO, MARISA; CALDAS, IBERE LUIZ; LOPES MARTINS, CAROLINE GAMEIRO. Plasma Response to Resonant Magnetic Perturbations in Large Aspect Ratio Tokamaks. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, v. 45, n. 11, p. 2906-2912, NOV 2017. Citações Web of Science: 2.
ROBERSON, GERALDO; ROBERTO, MARISA; CALDAS, IBERE LUIZ; KROETZ, TIAGO; VIANA, RICARDO LUIZ. Shaping Diverted Plasmas With Symplectic Maps. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, v. 45, n. 3, p. 356-363, MAR 2017. Citações Web of Science: 1.
ROSALEM, K. C.; ROBERTO, M.; CALDAS, I. L. Drift-wave transport in the velocity shear layer. Physics of Plasmas, v. 23, n. 7 JUL 2016. Citações Web of Science: 0.

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