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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.43.2016.tde-20092016-141959
Documento
Autor
Nome completo
Fábio Camilo de Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Elfimov, Artour (Presidente)
Pereira, Vera Jatenco Silva
Silveira, Francisco Eugenio Mendonça da
Título em português
Teoria de ondas em Tokamaks
Palavras-chave em português
Fusão nuclear; tokamak; ondas de Alfvén
modos acústico geodésicos.
Resumo em português
Esta dissertação se propõe a uma investigação teórica sobre a propagação de ondas de Alfvén e geodésicas no plasma de um Tokamak, destacando suas funcionalidades na viabilidade da construção de um futuro reator de fusão nuclear para a produção de energia. O Tokamak se trata de uma câmara toroidal onde o plasma fica confinado sob efeitos de um forte campo magnético a fim de alcançar altas temperaturas, necessárias para atingir as condições necessárias para a fusão nuclear. Foram abordadas as ondas de Alfvén e mais profundamente os Modo Acústico Geodésicos. Para ondas de Alfvén estão descritas, a sua natureza, uma onda comum a qualquer plasma sujeito a um campo magnético, quando devidamente perturbado ondas de Alfvén se propagam ao longo destas linhas de campo, também são relatadas suas possíveis aplicações. É descrito um estudo teórico onde se encontra os modos de Alfvén em coordenadas cilíndricas, uma aproximação para tokamaks com alta razão de aspecto. No caso dos Modos Acústico Geodésicos, GAM, onde sua origem está na curvatura toroidal do Tokamak, se tratam de perturbação de pressão que se propaga poloidalmente, tendo configurações simétricas ao longo do toroide, possuindo número toroidal $N=0$, e número poloidal $M=0,\pm 1,\pm 2 , ... $. É abordado suas possíveis aplicações e também um efeito de natureza estranha onde modos de Alfvén interagem com GAM. Por fim, segue uma investigação teórica sobre os efeitos de rotação de elétrons e íons, na forma do fluxo de cada partícula ao longo das linhas de campo magnético, na relação de dispersão e instabilidades de GAM. Em prosseguimento à investigação teórica sobre os efeitos de rotação, segue uma breve análise de dados fornecidos pelo Instituto de Física de Plasma da Academia Tcheca de Ciências, obtidos no COMPASS, onde é demonstrada uma possível correspondência qualitativa da dispersão e instabilidades de GAM com a teoria desenvolvida.
Título em inglês
Theory of waves in Tokamaks
Palavras-chave em inglês
Nuclear Fusion
Tokamak; Alfvén waves; Geodesic acoustic mode
Resumo em inglês
This work intends to present a theorical treatment of Alfven and geodesic wave behavior in tokamak plasma, showing their function on the viability study for the construction of a fusion reactor for energy production. The Tokamak is a toroidal chamber where the plasma stays confined under effects of a strong magnetic field where its can reach high temperature in necessary conditions for nuclear fusion. It is presented the behavior of Alfvén waves and deeper Geodesic Acoustic Modes. For Alfvén waves, it is described it's nature, a comum wave in any plasma under magnetic field, when properly perturbed, Alfvén waves can propagate on the magnetic field line, also it is presented possible applications. It's presented a theorical treatment where Alfvén modes in cilindrical coordinates, approximation for Tokamak with high aspect ratio. In Geodesic Acoustic Mode, GAM, driven by the todoidal curvature and symmetry of Tokamak, it is showed possible applications and a interaction with Alfvén waves. A perturbation that propagate in poloidal direction, symmetrical in toroidal direction, with toroidal number $N=0$ and poloidal number $M = 0, \pm 1, \pm 2 , ...$, a theorical treatment on rotation effects of electrons and ions in form of flux along the magnetic field line, on dispersion relation and instability of GAM is presented. In the end, it is presented a data analysis on COMPASS shoots, where is showed a possible qualitative correspondence between GAM dispersion and instabilities with the theory and experiment.
 
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Data de Publicação
2016-09-20
 
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