Desenvolvimento de sonda de vorticidade para caracterização da turbulência na borda da coluna de plasma no TCABR

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Hack, Elion Daniel
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Física de plasmas; Fusão nuclear; Langmuir probe; Nuclear fusion; Plasma physics; Sonda de Langmuir; Tokamak; Vorticidade; Vorticity
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-28032023-113255/

Um fenômeno de grande importância em plasmas confinados magneticamente é o transporte anômalo de partículas e energia para fora da zona de confinamento, que é muito superior ao calculado pela teoria colisional neoclássica. Diversas evidências indicam que esse fenômeno se deva principalmente a células de convecção e estruturas coerentes criadas no plasma devido à turbulência. Por outro lado, a mesma turbulência pode também gerar fluxos cisalhados no plasma, reduzindo o transporte anômalo. Quando isso acontece, é alcançado um regime melhorado de confinamento. Neste projeto foi desenvolvida uma sonda eletrostática que permite medir localmente a vorticidade na borda e região adjacente à coluna de plasma no tokamak TCABR. O equipamento foi projetado, montado, testado, instalado e utilizado em uma série de campanhas experimentais sobre o estudo de turbulência. Realizando medidas em diversas posições radiais diferentes foi possível caracterizar estruturas coerentes que se propagam para fora do plasma conhecidas como bursts e, empregando a técnica de análise condicional, determinar a vorticidade associada a essas estruturas reproduzindo resultados semelhantes aos obtidos no dispositivo RFX. Em todas as medidas realizadas foi observado um pico negativo de vorticidade simultâneo à detecção da estrutura pela sonda e em alguns casos foi possível verificar ainda a existência de uma estrutura dipolar na vorticidade. Esse resultado é importante para validar modelos teóricos de formação e propagação dos bursts, mecanismo responsável por parte do transporte anômalo de partículas e energia. Finalmente foi feito um teste da sonda em medições de supressão de turbulência pelo cisalhamento do fluxo poloidal na região próxima a borda da coluna de plasma. Foi aplicado o critério BDT (Biglari-Diamond-Terry) que compara o tempo característico de cisalhamento com o tempo característico de difusão das estruturas, que é estimado baseado no tempo de queda da autocorrelação de um sinal turbulento. Os resultados foram compatíveis com os esperados para descargas em modo de baixo confinamento. O tempo de cisalhamento diminui conforme a sonda é aproximada da borda do plasma, o que é compatível com o fato esperado de que exista um aumento do gradiente de campo elétrico radial na região. No entanto, o tempo de cisalhamento é maior que o tempo de difusão em todas as regiões, não satisfazendo o critério BDT para supressão de turbulência.