Modelagem de pegadas magnéticas e separação de separatriz no TCABR

• Processo: 23/15063-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física dos Fluídos, Física de Plasmas e Descargas Elétricas
• Pesquisador responsável: Gustavo Paganini Canal
• Beneficiário: José Roberto Fernandes Junior
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/04857-2 - Desenvolvimento de um conjunto inovador de bobinas de controle de ELMs para o tokamak TCABR, AP.JP
• Assunto(s): Tokamaks
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: footprints | nuclear fusion | Plasma Physics | separatrix splitting | tokamak | Plasmas de tokamak

Resumo

Em plasmas de tokamak com desviadores magnéticos, a separatriz associada a um ponto-X é composta por uma variedade estável e uma variedade instável que se sobrepõem perfeitamente. Quando campos magnéticos não-axissimétricos perturbam tal configuração axissimétrica, as variedades estáveis e instáveis não se sobrepõem mais e estruturas topológicas complexas, conhecidas como bifurcações homoclínicas, surgem da intersecção entre essas variedades. Este processo também é conhecido como separação de separatriz. Essas variedades oscilam e aumentam suas excursões à medida que se aproximam assintoticamente de um ponto-X, formando estruturas comumente chamadas de lóbulos magnéticos, que atuam como novas fronteiras do plasma. Quando as linhas de campo do interior do volume de plasma perturbado se conectam às paredes do desviador magnético, estruturas denominadas pegadas magnéticas aparecem nessas paredes. As pegadas consistem em diversas estrias periódicas na direção toroidal, com o número de estrias estando relacionado ao número do modo toroidal da perturbação, por exemplo, uma perturbação n = 3 cria três estrias nas paredes do desviador. No entanto, quando vários modos estão presentes, o número real de estrias pode variar. A forma das pegadas magnéticas, portanto, depende fortemente da amplitude dos lóbulos magnéticos e do conteúdo harmônico da perturbação. A maior parte do calor e das partículas ejetadas é depositada nas pegadas magnéticas e, dependendo das condições do plasma, pontos quentes prejudiciais podem aparecer sobre a superfície da parede do desviador, reduzindo assim a vida útil destes componentes. As variedades estável e instável atuam como a borda das pegadas magnéticas e são elas que determinam a posição e a forma das pegadas. Este projeto tem como objetivo calcular as pegadas magnéticas e a separação da separatriz causada por um novo conjunto de bobinas não-axissimétricas para controle de ELMs que estão sendo projetadas para o tokamak TCABR. Este novo conjunto de bobinas é composto por seis arranjos toroidais: três arranjos (54 bobinas) localizados no lado de baixo campo e três arranjos (54 bobinas) localizados no lado de alto campo. Cada um desses arranjos é composto por 18 bobinas igualmente espaçadas na direção toroidal, totalizando 108 bobinas. Este conjunto único de bobinas permitirá aplicar perturbações magnéticas com números de modo toroidal até n = 9 e produzir pegadas magnéticas e separações de separatrizes nunca observadas em outros tokamaks ao redor do mundo.