Transporte de linhas de campo magnético e de partículas em tokamaks

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. Com um perfil de fator de segurança não-monotônico, tem-se, além da camada estocástica, a formação de uma barreira interna de transporte, que dificulta ou impede o transporte das linhas de campo. Através de uma formulação Hamiltoniana o escape das linhas de campo em direção às paredes do tokamak foi investigado usando um limitador ergódigo para produzir as perturbações ressonantes [1- 11]. Neste projeto continuaremos a estudar os efeitos de barreiras de transporte tal como já iniciamos em trabalhos recentes [12,13,14] chamadas de toro robusto [12,13,14] e barreiras labirínticas [15,16], as quais podem influenciar no transporte das linhas de campo magnético em direção às paredes do tokamak. Propõe-se, também, construir um modelo para o campo magnético do tokamak capaz de reproduzir um ponto de X (hiperbólico) na parte externa do plasma, simulando um divertor. Para isso será usada uma configuração de fios infinitos dispostos de tal forma a gerar um ponto de X. Resultados preliminares encontram-se publicados na referência [17]. Pretende-se introduzir perturbações criadas pelos "error fields" [18,19] próximas do ponto de X a fim de se estudar os padrões de escape, das linhas de campo magnético, próximos ao ponto hiperbólico. Além disto pretende-se dar continuidade ao estudo de um mapa conservativo para o equilíbrio MHD, que apresenta um ponto de X, seguindo a metodologia apresentada por Morrison e Abbamonte[20]. A vantagem da construção deste mapa reside no fato de que podemos escolher um perfil de fator de segurança relacionado à uma configuração magnética realista, portanto, ligado aos parâmetros reais de máquinas de confinamento toroidal. Aplicamos tal metodologia para um tokamak de seção circular incluindo perturbação ressonante. Os resultados encontram-se publicados na referência [21]. Pretende-se neste projeto dar continuidade a este trabalho investigando o transporte de linhas de campo magnéticas com seção transversal que inclua elongação, tais como a que existe em tokamks como o ITER [22].Também será acrescentado ao Mapa um termo que permita o estudo do transporte das partículas [23,24]. E finalmente se propõe investigar o transporte de partículas em tokamaks através de simulação computacional usando o código Cronos [25]. A proponente deste projeto esteve em Cadarache, França, no período de abril a maio de 2010, realizando um treinamento para obtenção de uma licença para utilização do código, assim como para obtenção do software. Pretende-se investigar o equilíbrio MHD usando um perfil de corrente toroidal invertida através do Cronos e através de solução analítica da Equação de Grad-Shafranov, que produz ilhas magnéticas próximas ao eixo magnético [26]. Procura-se investigar a influência destas ilhas sobre os fenômenos de transporte. (AU)