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Tesis de Habilitación
DOI
10.11606/T.43.2014.tde-13032014-141408
Documento
Autor
Nombre completo
Ruy Pepe da Silva
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2006
Tribunal
Caldas, Ibere Luiz (Presidente)
Ludwig, Gerson Otto
Serbeto, Antonio de Padua Brito
Viana, Ricardo Luiz
Ziebell, Luiz Fernando
Título en portugués
Radiação Ciclotrônica de Elétrons em Tokamaks: Plasmas Térmicos e não Térmicos
Palabras clave en portugués
Física de plasmas
Resumen en portugués
Foi feito um estudo do diagnóstico por emissão ciclotrônica de elétrons (ECE) em plasmas de tokamaks. Inicialmente examinam-se aspectos relevantes da teoria e radiometria de ECE. Discutem-se, a seguir, dois trabalhos experimentais realizados nos tokamaks TCABR e JET. A radiação ECE é inicialmente caracterizada para o TCABR. Para o modo X na segunda harmônica e B0 =I, I4T, a radiação é observada, sem entrelaçamentos de harmônicas, entre 52 e 74GHz. A radiação é totalmente acessível até uma densidade de pico de 2,35xl019m·3 • Para B0 =I, l4T, n,0 = 2,0xl019 m-3 e T,0 = 500eV a profundidade óptica é superior à unidade na região -8cm :S r :S +8cm . Para a detecção da radiação ECE, implantou-se no TCABR um radiômetro heteródino de varredura operando de 50 a 85GHz. Para esse radiômetro foram feitas medidas da Temperatura de Ruído (- 2.000K) e também a calibração absoluta. O efeito do vidro da janela de diagnóstico foi incluído na curva de calibração. Para 60GHz obteve-se uma sensibilidade de -35mV/eV. A calibração em freqüência foi feita com um gerador de precisão, em 6 freqüências fixas. A antena é do tipo Gaussiana com distância focal de 37cm, raio da cintura do feixe de l,lcm e abertura angular de \"\"2.0 • O radiômetro apresentou bom desempenho e foi utilizados em várias experiências. Alguns resultados interessantes foram obtidos com a medida de ECE no TCABR para plasmas térmicos, envolvendo a determinação da densidade de elétrons e oscilações dente de serra. Num outro estudo experimental foi feita a caracterização da função distribuição de elétrons do plasma no tokamak JET, durante a injeção de ondas LH. A interação onda-plasma ocorre por ressonância de Landau e verifica-se o aparecimento de uma população de elétrons rápidos responsável pela corrente não indutiva gerada. O espectro do feixe de ondas injetado estava centrado em N11 -1,8 e a ressonância ocorria para elétrons com energia de -lOOkeV. Neste estudo, utilizaram-se dois diagnósticos, ECE e de Bremsstrahlung, com sensibilidades complementares com relação à distribuição de momentos nas direções paralela e perpendicular ao campo magnético. Para a medida de ECE utilizou-se um interferômetro Michelson na faixa de 50 a 3 50 GHz. A detecção da radiação de Bremsstrahlung foi feita com 19 detectores operando na faixa l00-300keV. As medidas foram analisadas com dados obtidos com códigos. Para a função distribuição dos elétrons rápidos utilizou-se um modelo de três temperaturas ( Tl., 1;1 F , 1;1 8 ). As medidas da temperatura de fótons Tph mostraram uma fraca dependência radial indicando que a distribuição de p11 é pouco dependente do raio. Com as medidas de Tph determinou-se 1;1 e uma faixa de valores possíveis para TJ.. A medida da corrente de plasma foi utilizada para a determinação da densidade de elétrons supratérmicos. A determinação de Tl. foi feita a partir de ajustes dos espectros de ECE simulados sobre os experimentais. Obteve-se, para a população eletrônica não térmica: \'F;1 F = I 00- 800ke V, Tl. = 25 - 80ke V e n, = 2, 5 - 3, 5x 1015 m _, . O método utilizado envolvendo medidas e simulações das radiações ECE e Bremsstrahlung, além de informações adicionais de diagnósticos magnéticos, mostrou-se ser um instrumento poderoso para se investigar plasmas durante a injeção de ondas LH.
Título en inglés
Electron cyclotron radiation in Tokamaks: Thermal Plasmas and not termal.
Palabras clave en inglés
Plasma physics
Resumen en inglés
In this work a study o f the electron cyclotron emission (ECE) diagnostic in tokamak plasmas was carried out. Relevant aspects of the ECE theory and radiometry are initially examined. Two experimental works made in the TCABR and JET tokamaks are discussed. In the TCABR, for the second harmonic X mode, the radiation is observed without harmonic overlapping between 52 and 740Hz. It is totally accessible up to densities of 2.35xl019m-3 • For the region -Sem s r s +8cm the optical depth is larger than the unity. To detect the ECE radiation a sweeping heterodyne radiometer, operating from 50 to 85 GHz, was used. For this device the noise temperature (- 2000K) and noise figure (Fds 512dB) were measured. The radiometer was calibrated in frequency and in intensity. The frequency calibration was carried out by means of a precision harmonic oscillator. The absolute calibration was done using a blackbody (microwave absorber) immersed in liquid nitrogen (77K) and also put in an oven with adjustable temperature up to 1470K. The effect of the glass o f the diagnostic window was included in the absolute calibration curve. A Gaussian antenna was used for better space resolution measurements. The antenna focal length is 37cm, the beam waist radius is l,lcm and angular aperture is -2°. The radiometer presented a good performance and it is in use in severa! experiments. Some results were also obtained in lhe TCABR with ECE radiation involving the measurement of the electron density and sawtooth oscillations. Another experimental study was also carried out to characterize the electron distribution function in the plasma o f the JET tokamak during the injection of LH waves. The plasma-wave interaction occurs via Electron Landau Damping resulting in a fàst electron population which is responsible for the non inductive current generated. The injected LH wave spectrum was centered in N,, - 1.8 and, for this value, ELD occurs at energies -JOOkeV. In this experiment two diagnostics were used, based in ECE and Bremsstrahlung radiation. They are complementary with respect to the fast electron moment distribution in the direction parallel and perpendicular to the magnetic field. The ECE spectrum was measured by a Michelson interferometer operating between 50 to 350 GHz. The detection of the Bremsstrahlung radiation was done by 19 detectors operating in the I00-300keV energy band. The results were discussed using numerical data obtained by codes. For the electron distribution function, a model with three temperatures ( T~, I;, F , I;, 8 ) was used. The measured photon temperature Tph showed a weak radial dependence indicating that lhe parallel electron momentum p11 distribution does not vary with radius. Magnetic diagnostic measurements allowed the suprathermal electron density to be measured. T~ was determined by fitting the ECE simulated spectra in experimental ones. The results for the fast nonthermal electronic population were: I;, F = I 00- 800ke V , TL = 25 - 80ke V and n, =2.5-3.5xl015m-3. The method used and the performed analysis showed to be a powerful instrument to investigate plasmas during lower hybrid current drive scenarios.
 
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Fecha de Publicación
2014-10-23
 
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