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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.1989.tde-16122013-153129
Document
Author
Full name
Ruy Pepe da Silva
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1989
Supervisor
Committee
Nascimento, Ivan Cunha (President)
Caldas, Ibere Luiz
Goes, Luiz Carlos Sandoval
Machida, Munemasa
Ueda, Mario
Title in Portuguese
Transporte de partículas e energia no plasma do tokamak TBR-1: diagnósticos e estudo experimental
Keywords in Portuguese
Sondas eletrostáticas
Tokamaks
Transporte de partículas e energia
Abstract in Portuguese
Os estudos sobre o plasma na região da borda de máquinas tokamak têm se intensificado nos últimos anos em decorrência da constatação de que o comportamento do plasma na região central da máquina é bastante influenciado por processos que ocorrem na borda da coluna. Neste trabalho feito um estudo experimental das propriedades de transporte do plasma na região da sombra do limitador do TBR-l, um tokamak de pequeno porte em operação no Instituto de Física da Universidade de São Paulo. São também determinados os tempos de confinamento globais de partículas e energia. Três foram os diagnósticos usados neste trabalho. Inicialmente, é abordada a utilização de sondas de Langmuir para a obtenção de perfis radiais e temporais da temperatura de elétrons, densidade e potencial de plasma; descreve-se também o arranjo experimental usado para este diagnóstico. A seguir, discute-se o projeto e a construção de uma sonda sensível a íons associada a um sistema eletrônico que permitiu a determinação simultânea das temperaturas locais de íons e elétrons. Finalmente, é discutido o dimensionamento e a implantação de um interferômetro de microondas para medidas de densidade de elétrons na região central da coluna de plasma do TBR-1; o sistema opera em 65 GHz e toda a eletrônica associada foi projetada e construída em nosso Laboratório. Os resultados obtidos com as sondas foram analisados com o ajuda de um modelo não colisional de transporte de partículas e energia para a região da sombra do limitador de máquinas tokamak. A partir dos decaimentos radiais da termperatura de elétrons ('lâmbda IND. e' 'APROXIMADAMENTE IGUAL A' 2,6cm) e da densidade ('lâmbda IND. n' 'APROXIMADAMENTE IGUAL A' 1,4cm), bem como do fator de transmissão de energia para os elétrons ('delta IND. e' 'APROXIMADAMENTE IGUAL A' 4), determinou-se o coeficiente de difusão perpendicular ao campo magnético ('D IND. 1' 'APROXIMADAMENTE IGUAL A' 6 'm POT. 2''s POT. -1') e a difusividade térmica dos elétrons ('qui POT. e IND. 1' 'APROXIMADAMENTE IGUAL A' 8 'm POT. 2''s POT. -1'), resultados que indicam valores próximos aos previstos pelo modelo de Bohm. As medidas das temperaturas de íons e elétrons mostram um claro desacoplamento térmico entre íons e elétrons ('T IND. i'/'T IND. e' 'APROXIMADAMENTE IGUAL A' 2). As medidas de densidade obtidas no centro da coluna, em conjunto com as obtidas na borda, permitiram a determinação dos tempos de confinamento globais de partículas ('tau IND. p''APROXIMADAMENTE IGUAL A' 1,8 x '10 POT. -3's) e de energia ('tau IND. E''APROXIMADAMENTE IGUAL A' 1,2 x '10 POT. -4's). Os resultados foram comparados com os previstos por várias leis de escala.
Title in English
Transport of particles and energy in the plasma of tokamak TBR-1: diagnostic and experimental study
Keywords in English
Electrostatic probes
Particles and energy transport
Tokamaks
Abstract in English
The study of the plasma edge in Tokamak machines has increased in recent last years, since the recognition that the behavior of the plasma core is influenced by the Physical processes that occur in the edge region. This work develops an experimental stud) of plasma transport properties in the shadow region of TBR-l limiter. TBR-l is a small Tokamak in operation in the Physics Institute of São Paulo University. We have also determined the global confinement time of particles and energy. We have used three diagnostics: a Langmuir probe, an ion sensitive probe, and a microwave interferometer. Initially we discuss the use of Langmuir probes in Tokamak machines to obtain temporal and radial profiles of electron temperature, plasma density and potential; we show also the experimental arrangement used in the TBR-l for this diagnostic. Then, we discuss the design and construction of an ion sensitive probe associated with an electronic system, that was used to obtain, simultaneously, local ion and electron temperature. Finally we discuss a microwave interferometry system that has been built for the TBR-1. The microwave generator is a reflex Klystron (f = 65 GHz), and with the interferometer we obtained electron density time profiles of the center of TBR-l plasma column. All the electronics associated with the interferometer were designed and built in our laboratory. The results obtained with the probes are discussed with the help of a collisionless model for Tokamak scrape-off plasma. With the radial e-foldings of electron temperature (e 2.6 cm) and density (n 1.4 cm), and the sheath electron transmission coefficient (e 4) we have determined the cross-field diffusion coefficient (D1 6 m2s-1) and the electron cross-field thermal diffusivity (e1 8 m2s-1). These results indicate values near those predicted by the Bohm model. The measurements of electron and ion temperature shows a clear thermal decoupling between ions and electrons (T1/Te 2). The measurements of plasma parameters in the center of the plasma column, with that obtained with the probes permitted the determination of the particle (p 1.8 x 10-3s) and energy (e 1.2 x10-4s) global confinement times. These results were compared with those predicted by scaling laws.
 
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46027PepedaSilva.pdf (66.69 Mbytes)
Publishing Date
2014-02-21
 
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