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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.1992.tde-25022014-144632
Document
Author
Full name
Emilia Akemi Aramaki
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1992
Supervisor
Committee
Machida, Munemasa (President)
Caldas, Ibere Luiz
Galvao, Ricardo Magnus Osorio
Kayama, Milton Eiji
Trigueiros, Antonio
Title in Portuguese
Estudos experimentais em configuração a campo reverso no T.C.-I
Keywords in Portuguese
Configuração a campo reverso
Diagnósticos ópticos
Fluxo excluído
Sondas magnéticas
Toróide compacto
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, foi realizado um estudo experimental detalhado sobre a fase de formação da configuração a campo reverso, no dispositivo denominado T.C.-I da UNICAMP, com a utilização de dignósticos ópticos passivos em plasmas de hélio e hidrogênio. Para cada tipo de gás, os valores do campo de polarização, pré-ionização com temporização do crowbar e pressão de trabalho foram variados para estudar os mecanismos de formação da configuração reversa de campo, através dos diagnósticos da emissão do plasma, complementados com sondas elétricas e magnéticas, externas e internas. Para a obtenção das condições ótimas de operação da máquina, a chave crowbar, construída no próprio Laboratório de Plasma da UNICAMP, demonstrou ser bastante confiável para essa finalidade, pois o tempo entre o final da pré-ionização e o início da descarga principal era um fator importante para uma boa dinâmica de implosão, sem a interferência das oscilações da pré-ionização sobre a fase principal. Nas operações com o plasma de hélio, a melhor pressão de operação do gás foi de 18 mTorr, obtida através das intensidades da linha de HeII (4686 Â), fotodiodos, copo de Faraday e diagnósticos de fluxo excluído. Os valores típicos da densidade e temperatura obtidos foram de 3.2 x 1015cm-3 e 77 eV respectivamente . O raio da separatriz foi de 2.5 cm, durante 1.5us, decaindo rapidamente após a formação da CCR. As medidas espectrais de HeII e OII(4699Â) no plasma de hélio levaram às temperaturas iônicas de 73 a 180 eV, para uma varredura de pressão de 3.8 a 18 mTorr . Em alguns casos, parece provável ter ocorrido efeitos Stark devido a aquecimentos turbulentos atribuídos a campos elétricos microscópicos de 58 kV/cm. Nas operações com hidrogênio , basicamente todos os processos usados para o plasma de hélio foram mantidos. As linhas espectrais analisadas foram Ha, OII, NII, NIII, CIII, CIV e SiIV, tendo sido obtido, a partir das linhas de impurezas, temperaturas iônicas no centro do plasma , mais altas que as do plasma de hélio . Além disso, as temperaturas fornecidas pelas linhas de potencial de ionização mais altos, como o CIII, CIV, SiIV foram maiores que as obtidas com NII ou NIII. Nesta fase, a temperatura e densidades obtidas para a pressão de 3.3 mTorr foram respectivamente 220 eV e 2.9 X1015cm-3. Semelhantemente ao caso do hélio, algumas descargas apresentaram fenômenos prováveis de efeito Stark, tendo sido estimado um campo elétrico microscópico de 21.8 kV/cm . Verificou-se que a influência de sondas magnéticas no interior do plasma é bastante crítica, produzindo uma queda de temperatura de 235 eV para 139 eV na presença da sonda, quando medido com a linha do NIII e de 532 eV para 253 eV quando obtidas com linhas de CIII e SilV. O raio de separatriz estimado para a pressão de operação de 3.3 mTorr foi de 2.2 em com tempo de vida de 3.0 us. Foi ainda observado um novo modo de operação, com a obtenção de modos rotacionais n=4, observados usualmente em pressões de operação mais altas, de 6 a 35 mTorr.
Title in English
Experimental Studies Configuration Reversed Field T.C.-I
Keywords in English
Compact toroid
Excluded flow
Magnetic probes
Optical diagnostics
Setting the reverse field
Abstract in English
A detailed experimental study of the formation phase in field reversed configuration device T.C.-I at UNICAMP has been carried out for the first time, using passive optical diagnostics on helium and hidrogen gas plasmas. For each type of gas, the values of bias polarization field, pre-ionization with crowbar timing and gas fill pressure have been varied to study field reversed configuration formation mechanism by using plasma emission diagnostics supported by magnetic and electric external and internal multi array probes. For the machine operation condition results, the use of crowbar switch, built at UNICAMP Plasma Laboratory, has shown very reliable operation, where the interval timing between the end of pre-ionization and main discharge phase played important role on good implosion dynamics with no influence of the pre-ionization bank RLC oscillation into the main phase. In the helium plasma operation, the best fill pressure of 18mTorr was obtained using HeII ( 4686Â) spectrum line, photodiode Faraday cup, IMACON, excluded flux diagnostics. The typical density and temperature estimated were 3.2x1015cm-3 e 75 eV respectively. The separatrix radius of 2.5 cm was obtained for 1.5us, decaying soon after the FRC formation. The spectral measurements of HeII, 0II (4699Â) in helium plasma have shown ion temperatures from 73 eV to 180 eV when the pressure is varied from 3.8 to 35 mTorr. In some cases, probable Stark effects due to turbulent heating during implosion also were observed, attributed to 58 kV/cm microscopic electric field. In the hydrogen plasma operation, basically all the process used in helium plasma also were carried out. The spectral line analyzed were Ha' OII,NII, NIII, eIII, eIV, SiIV, having been obtained temperatures higher than helium plasma in the center of the plasma, using the impurities line. Furthermore, the ion temperatures from higher ionization potential lines (eIII, eIV, SiIV) were higher than temperatures obtained by NII or NIII lines. The average temperature calculated from NII and NIII spectral line was 220 eV and the density for hydrogen plasma was 15 -3 of 2.9 x 10 cm. The influence of internal magnetic probes was very critical, dropping the ion temperature from 235 eV to 139 eV in the presence of probe, when the temperature is calculated through NIII line or from 532 to 253 eV for eIII and SiIV line calculation. Like the helium plasma, in this case also one has been observed a probable Stark effect, attributed to 21.8 kV/cm microscopic electric field. The separatrix radius estimated for fill pressure of 3.3 mTorr was 2.2 cm with the life time of 3.0us interrupted by decaying of external field. We also observed a new plasma mode operation of n=4, usually present at high fill pressure, from 6 mTorr to 35m Torr.
 
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45332AkemiAramaki.pdf (16.68 Mbytes)
Publishing Date
2014-02-25
 
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