Linhas de campo magnético caóticas em tokamak. - Tiago Kroetz (2006)
Investigamos nesta dissertação o comportamento das linhas de campo magnético caóticas em tokamaks. Estas linhas surgem devido à perturbações ressonantes com os campos magnéticos de equilíbrio, que podem aparecer naturalmente no plasma ou serem produzidas devido à ação externa. Produzimos numericamente esta perturbação simulando a ação de um dispositivo chamado limitador magnético ergódico (LME). A motivação para esta investigação de linhas caóticas é um possível melhoramento no confinamento do plasma em tokamaks e um maior controle da interação plasma-borda. Tratamos, primeiramente neste trabalho, a configuração de equilíbrio dos campos magnéticos. Em seguida aplicamos o formalismo hamiltoniano para descrevermos o traçado das linhas de campo na configuração de equilíbrio. Obtivemos também a hamiltoniana total do sistema sob a perturbação gerada pelo LME. Através das equações de Hamilton para o sistema perturbado escrevemos as equações de um mapa estroboscópico que fornecem as coordenadas canônicas da linha de campo na posição de cada anel do LME. A partir do mapa estroboscópico traçamos diversos mapas de Poincaré para diferentes modos ressonantes perturbados e intensidades de perturbação. Explicamos a formação das cadeias de ilhas, os fenômenos de reconexão e bifurcação e identificamos e caracterizamos a existência de linhas de campo caóticas no tokamak devido à perturbação. O escape destas linhas de campo magnético para a borda do tokamak também foi estudado. Para isso, foram obtidos os mapas de conexão, bacias de escape e os "footprints". Estes fornecem, respectivamente, o número de voltas que uma dada linha de campo magnético percorre no toróide até alcançar a parede, a localização das linhas ao chegarem na parede, assim como as impressões deixadas pelas linhas nas paredes. Estas impressões consistem numa distribuição de manchas nas paredes do toróide, fornecendo um padrão de escape não uniforme com uma estrutura complexa.