Modelamento do campo magnetico de descargas nao-axissimetricas em tokamaks

Autor(es)

David Ciro Taborda

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física (IF/SBI)
• Data de defesa: 2016-12-08

Membros da banca

Ibere Luiz Caldas; Maria Celia Ramos de Andrade; Artour Elfimov; Marisa Roberto; Ricardo Luiz Viana

• Orientador: Ibere Luiz Caldas

Resumo

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. (AU)

• Processo FAPESP: 12/18073-1 - Transporte simplético em plasmas de fusão com divertor
• Beneficiário: David Ciro Taborda
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado