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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2001.tde-09102012-151302
Document
Author
Full name
Elton Cesar da Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2001
Supervisor
Committee
Caldas, Ibere Luiz (President)
Andrade, Maria Celia Ramos de
Rizzato, Felipe Barbedo
Vannucci, Alvaro
Winter, Othon Cabo
Title in Portuguese
Efeitos da geometria toroidal na atuação de campos helicoidais ressonantes em Tokamaks
Keywords in Portuguese
campos helicoidais ressonantes
ilhas magnéticas
limitador magnético
transporte de linhas de força
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, consideramos os efeitos de um campo magnético ressonante externo sobre o plasma confinado em um tokamak. Este campo magnético pode ser produzido quer por condutores helicoidais ou por um limitador magnético caótico. O principal propósito desse campo magnético ressonante é criar uma região de linhas de força caóticas na borda da coluna de plasma que pode melhorar o confinamento do plasma. O campo magnético de equilíbrio foi obtido resolvendo-se a equação de GRAD-SHAFRANOV em um sistema de coordenadas intrinsecamente toroidal (as coordenadas polares toroidais). Obtivemos o campo magnético, gerado pelos condutores helicoidais, através da solução explícita da equação de LAPLACE no mesmo sistema de coordenadas. A partir desse campo magnético, tomando o termo de mais baixa ordem, obtivemos analiticamente um mapa estroboscópico simplético para um conjunto de anéis limitadores magnéticos caóticos. Calculamos esse mapa estroboscópico simplético usando uma formulação hamiltoniana e adotando a. ação dos limitadores magnéticos caóticos como uma sequência de pulsos do tipo função delta. Com esse mapa estroboscópico simplético, caracterizamos algumas ilhas magnéticas ressonantes e a transição para um regime de caos global através da superposição das mesmas. Usamos esse mapa estroboscópico simplético para estudar o transporte das linhas de força na borda da coluna de plasma. A perda de linhas de força caóticas, que atingem a parede interna do tokamak, segue uma distribuição de POISSON. Calculamos, ainda, o número médio de voltas, ao redor da câmara de vácuo, necessárias para que uma linha de força caótica atinja a parede da câmara.
Title in English
Toroidal geometry effects on the performance of resonant helical fields in Tokamaks
Keywords in English
limiting magnetic
magnetic islands
Resonant helical fields
transport of force lines
Abstract in English
In this work, we have considered the effects of an external resonant magnetic field on the plasma confined in a tokamak. This resonant field can be produced by helical windings or by a chaotic magnetic limiter. The main purpose of this resonant magnetic field is to create a region of chaotic field lines at the edge of the plasma that can improve the confinement of the plasma. The equilibrium tokamak field was obtained by solving the GRAD-SHAFRANOV equation in an intrinsically toroidal coordinate system (the toroidal polar coordinates). We have obtained the magnetic field which has been generated by helical windings through an explicit solution of the LAPCACE equation in the same coordinate system. From this magnetic field, taken in its lowest order, we have analytically obtained a sympletic stroboscopic map for a set of chaotic magnetic limiters. We have calculated this sympletic stroboscopic map by using a Hamiltonian formulation and by supposing the action of the chaotic magnetic limiters as a sequence of delta-function pulses. With this sympletic stroboscopic map we have characterized some resonant magnetic islands and the onset of global chaos through their overlap. We have used this sympletic stroboscopic map in order to study the transport of the field lines at the edge of the plasma. The loss of chaotic field lines that reach the inner wall of the tokamak follows a POISSON distribution. We have also calculated the average number of toroidal turns for a chaotic field line to reach the inner wall of the tokamak.
 
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32635Silva.pdf (4.49 Mbytes)
Publishing Date
2012-10-09
 
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