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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2018.tde-30012018-100934
Document
Author
Full name
Wilson Andres Hernandez Baquero
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Guimarães Filho, Zwinglio de Oliveira (President)
Caldas, Ibere Luiz
Machida, Munemasa
Nascimento, Ivan Cunha
Toufen, Dennis Lozano
Title in Portuguese
Flutuações turbulentas de temperatura no Tokamak TCABR
Keywords in Portuguese
Plasma
Sondas
Turbulência
Abstract in Portuguese
A contribuição dos eventos extremos, chamados \emph{bursts}, relacionados com estruturas coerentes que se propagam na turbulência, parece ser parte da explicação para o transporte anômalo que acontece em plasmas confinados. Porém, ainda não existe um modelo adequado no quadro da teoria neoclássica de transporte, para explicar adequadamente a contribuição destes eventos extremos. Assim, a caracterização do transporte de partículas e energia, devido a esses eventos extremos, e a sua estrutura interna, são questões relevantes no estudo do plasma de fusão. Para isso, medições locais da temperatura dos elétrons são necessárias, pois o transporte de partículas e energia sofre correções devido à temperatura. Por terem boa resolução espacial e serem relativamente fáceis de construir, as sondas eletrostáticas são comumente utilizadas em tokamaks para medir a temperatura local na região da borda de plasmas confinados magneticamente. Os métodos de varredura de tensão e a configuração de sonda tripla estão dentre os métodos mais usados para medir a temperatura local na borda do plasma com sondas eletrostáticas. Neste trabalho, é apresentada uma comparação entre as medições de temperatura usando esses dois métodos no tokamak TCABR. Para esse fim, foram utilizadas descargas de plasma em condições padrão, onde a corrente de plasma e a densidade são mantidas praticamente estáveis e há baixa atividade MHD, isto é, a fase estacionária da descarga, com os parâmetros macroscópicos de equilíbrio aproximadamente constantes. As medições da temperatura pelos dois métodos têm boa correspondência na região da sombra do limitador, mas existem discrepâncias quando as medidas são feitas dentro da coluna de plasma. Verificou-se que esta discrepância se deve ao efeito de expansão da região de transição entre o plasma e a superfície da sonda, conhecida como bainha de plasma. Portanto, foram modificadas as equações do método da sonda tripla a fim de considerar, de maneira adequada, este efeito. Esta modificação conduz a medições de temperatura compatíveis entre os dois métodos. Também se estudou as estruturas coerentes que se propagam na turbulência da borda (bursts), que são detectados como picos no sinal de corrente de saturação iônica. Para esse fim, foi usada a técnica da análise condicional. Os resultados obtidos parecem ser compatíveis com estruturas que apresentam uma inclinação no plano radial-poloidal. Esta inclinação implica que o método comumente usado para medir a velocidade de propagação das estruturas, baseado no atraso entre a detecção do pico entre dois pinos próximos, pode levar a resultados completamente errados. Os resultados para a evolução média da temperatura durante os bursts são incompatíveis entre os dois métodos. De fato, os resultados fornecidos pelo método de sonda tripla aparentam estar fisicamente errados, uma vez que indicam um alto gradiente de temperatura dentro dos bursts. Constatou-se que este problema é devido aos altos gradientes de potencial dentro dos bursts que inviabilizam a hipótese de potencial uniforme na região entre os pinos da sonda tripla.
Title in English
Turbulent temperature fluctuations in TCABR tokamak
Keywords in English
Plasma
Probes
Turbulence
Abstract in English
The contribution of the extreme events related to propagating structures in the turbulence, the so-called bursts, seems to be part of the explanation to anomalous transport in confined plasma. But, up to now, there is not an adequate model in the frame of neoclassical transport theory to properly account the contribution of these extreme events. Therefore, the characterization of the particle and energy transport due to the extreme events and the burst internal structure are an important issue in fusion plasma research. However, local electron temperature measurements are necessary to investigate those topics, because particles and energy transport have temperature corrections. Due to their good spatial resolution and relatively easy construction, electrostatic probes are often used to measure temperature in the plasma edge of tokamak. The triple probe configuration and voltage sweep technique are among the most common techniques used with electrostatic probes to measure local temperature in the plasma edge. We present a comparison between the temperature measurement using these two techniques in the tokamak TCABR. For this purpose, it was used stationary standard plasma discharges (it is, discharges with almost stable plasma current and density and with low MHD activity). For temperature measurement, the two methods have good correlation in the Scrape-Off-Layer region but there are discrepancies between their values inside the plasma column. We found that this discrepancy is due to the sheath expansion effect. Therefore, the triple probe equations were modified to properly consider this effect. The modification leads to compatible average temperature measurements between the two methods. We also studied coherent structures propagating in the edge turbulence (detected as bursts in the saturation current) by using the conditional analysis technique. The results seem to be compatibles with structures tilted in the radial-poloidal plane. This tilt implies that the common method to measure the propagation velocity using the delay time of detection between two probes, could produce wrong values. The results for the average temporal behavior of temperature during the bursts are inconsistent between the two methods. Indeed, the triple probe results seems to be physically wrong, once it indicates a strong temperature gradient inside the bursts. We found that this problem is due to the strong potential gradients inside the burst, breaking the assumption that the pins used in the triple probe configuration are in a homogeneous plasma.
 
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2017baquero.pdf (19.14 Mbytes)
Publishing Date
2018-02-01
 
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