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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.43.2012.tde-26032013-154737
Documento
Autor
Nome completo
Dennis Lozano Toufen
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2012
Orientador
Banca examinadora
Caldas, Ibere Luiz (Presidente)
Batista, Antonio Marcos
Heller, Maria Vittoria Adelina Prario
Kuznetsov, Yurii
Rizzato, Felipe Barbedo
Título em português
Controle da turbulência em plasmas
Palavras-chave em português
caos (sistemas dinâmicos)
fenômenos de transporte
física de plasmas
física experimental
turbulência eletrostática
Resumo em português
O Texas Helimak é uma máquina toroidal de confinamento de plasma cujas linhas de campo magnético têm forma helicoidal e no qual parâmetros do plasma (como a densidade e a temperatura) são similares aos da borda e da região externa (scrape-off-layer) de um tokamak. Nesta tese foram analisados o equilíbrio e as flutuações do plasma no Texas Helimak. São apresentadas a análise e a interpretação do controle da turbulência eletrostática e do transporte turbulento de partículas pelo potencial elétrico, bias, aplicado externamente. As alterações na turbulência e no transporte causadas pela mudança do potencial elétrico externo foram investigadas em uma região do plasma com gradientes radiais uniformes. As flutuações em descargas com bias positivo ou nulo apresentam espectros de potência de banda larga e uma PDF com uma cauda acentuada que revela a ocorrência intermitente de eventos extremos. Por outro lado, as flutuações em descargas com bias negativo possuem um espectro de potência mais estreito, uma PDF mais Gaussiana e um diagrama de recorrência com mais estruturas. Um modelo de quatro ondas acopladas foi utilizado para relacionar a largura de banda da turbulência com o tempo de interação entre as ondas do modelo. Perfis radiais do transporte turbulento de partículas na direção radial foram calculados, como função do bias, e comparados com os perfis da velocidade do fluxo de plasma e seu cisalhamento. Foi mostrado que o transporte depende do perfil radial da velocidade de fluxo do plasma. Nas descargas em que essa velocidade apresenta um ponto de máximo em seu perfil radial, o perfil do transporte possui um mínimo que foi interpretado, utilizando um modelo Hamiltoniano de ondas de deriva, como sendo resultado de uma barreira de transporte onde o cisalhamento do fluxo é nulo. Em outras descargas, máximos no perfil radial do transporte foram relacionados a ressonâncias que ocorrem onde a velocidade de fase da onda é igual à velocidade do plasma.
Título em inglês
Control of turbulence in plasmas
Palavras-chave em inglês
chaos (dynamic systems)
eletrostatic turbulence
experimental physics
plasma physics
transport phenomena
Resumo em inglês
The Texas Helimak is a toroidal confinement of plasma device with helically magnetic field lines and which plasma parameters (like the density and temperature) are similar to the edge and the scrape-off-layer of a tokamak. This thesis analyzed the equilibrium and fluctuations in the Helimak Texas plasma. We present the analysis and interpretation of electrostatic control of turbulence and turbulent particle transport by electrical potential, bias, applied externally. Changes in transport and turbulence caused by the change of external electric potential were investigated in a region of uniform radial gradients plasma. Fluctuations in discharges with positive or zero bias have broadband power spectra and a PDF with an accentuated tail that reveals the intermittent occurrence of extreme events. Moreover, fluctuations in discharges with negative bias have narrow power spectra, a more Gaussian PDF and more structures in the recurrence diagram. A four coupled wave model was used to relate the bandwidth of turbulence with the interaction time between the waves in the model. Radial profiles of turbulent transport of particles in the radial direction were calculated as a function of bias and compared to the profiles of the plasma flow velocity and its shear. It was shown that the transport depends on the radial profile of the plasma flow velocity. In that discharges where the velocity radial profile presents a point of maximum, the transport profile has a minimum which was interpreted, using a drift wave model Hamiltonian, as a result of a shearless flow transport barrier. In other discharges, the maxima in the transport radial profiles were related with resonances that occur where the wave phase velocity is equal to the plasma velocity.
 
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Data de Publicação
2013-05-29
 
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  • Caldas, I L, et al. Shearless transport barriers in magnetically confined plasmas [doi:10.1088/0741-3335/54/12/124035]. Plasma Physics and Controlled Fusion [online], 2012, vol. 54, p. 124035.
  • Kuznetsov, Yu.K., et al. Long-distance correlations in TCABR biasing experiments [doi:10.1088/0029-5515/52/6/063004]. Nuclear Fusion [online], 2012, vol. 52, p. 063004.
  • Toufen, D. L., et al. Analysis of the influence of external biasing on Texas Helimak turbulence [doi:10.1063/1.4793732]. Physics of Plasmas [online], 2013, vol. 20, p. 022310.
  • Toufen, D. L., et al. Turbulence driven particle transport in Texas Helimak [doi:10.1063/1.3676607]. Physics of Plasmas [online], 2012, vol. 19, p. 012307-012314.
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