Identificação e localização de ondas de Alfvén excitadas no plasma de um tokamak

• Main Author: Paulo Giovane Paschoali Pereira Puglia
• Other Authors: Artour Elfimov
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: Física de Plasmas; Fusão Nuclear; Ondas de Alfvén; Tokamak; Alfvén Waves; Nuclear Fusion; Plasma Physics
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-24092015-141928/

O objetivo deste trabalho é a investigação da excitação e detecção de ondas globais de Alfvén no plasma do tokamak TCABR para fins diagnósticos. As ondas são excitadas com o uso de uma ou duas antenas localizadas dentro do vaso do TCABR. Para excitar o modo global de Alfvén, as antenas são alimentadas com corrente de radio-frequência de até $15$A cada, na faixa de frequência de $2-4 MHz$. O esquema apresentado nos permitiu estimar o valor da massa efetiva no centro do plasma, que tem seu valor afetado pela concentração de impurezas. O amplificador de corrente para as antenas é baseado no chaveamento de MOSFETs. As ondas são excitadas com o uso de baixa potência, assim não causam perturbação nos parâmetros básicos do plasma. Foi verificada a variação da frequência de ressonância do modo global de Alfvén com a densidade do plasma. A localização da ressonância do modo é identificada na parte central do plasma, devido ao batimento da amplitude da onda com oscilações dente de serra, de modo que a inversão de fase entre o batimento e a oscilação dente de serra melhora a precisão da determinação da condição ressonante. A paridade toroidal dos modos excitados é determinada com o uso de duas antenas localizadas em posição toroidal oposta na câmara do TCABR e com diferença de fase na corrente de radio-frequência. O conhecimento do número de onda toroidal é importante para a correta estimativa da localização do modo excitado e do valor da massa efetiva do plasma. O valor obtido para a estimativa da massa efetiva, primeiramente, foi mais alto que nossa expectativas e não era bem relacionado com estimativas da condutividade do plasma. O valor obtido foi de $A_{eff}\\approx 1.60$, com um erro sistemático. Para calibrar a densidade central do plasma usamos dados do reflectômetro e realizamos disparos com gás hélio, que tem a mesma massa efetiva que a maioria das impurezas do TCABR. Finalmente, estimamos a massa efetiva como $A_{eff} = 1.40 \\pm 0.07$, valor compatível com a estimativa de $Z_{eff}$. === The goal of this study is experimental detection of global Alfvén waves in the plasma of TCABR tokamak for diagnostic. The waves are excited by the use of one or two antennas posed within the shadow of the limiter within the TCABR vessel. To excite the global Alfvén eigenmode the antennas are fed with radio-frequency current of up to $ 15$A each, in the frequency range of $ 2-4 $ MHz. The presented scheme allows us to estimate the value of the effective mass in the centre of the plasma, which has its value affected by the concentration of impurities in the plasma. The amplifier of the antenna current is based on electronically switching MOSFETs. The waves are excited in the plasma with low power, thus it does not cause perturbation of the basic plasma parameters. The variation of the resonance frequency of the global Alfvén eigenmode with density is verified. The location of the resonance is identified in the central part of the plasma due to the wave amplitude beating with sawtooth oscillations, so that the phase inversion between the beating and the sawtooth oscillation improves the accuracy of determining the resonant condition. The toroidal parity of the excited modes is determined with use of two antennas oppositely located within the TCABR chamber and established by phase difference between their radio-frequency current. Knowledge of the toroidal wave number is important for a correct estimate of both the excited mode location and the plasma effective ion mass value. The value of the initially found effective mass was $ A_ {eff} \\approx 1.60$, higher than our expectations at first and did not agree with plasma conductivity estimates, and we proposed that it had a systematic error of approximately $10\\%$. To calibrate the central plasma density, it was used data from a reflectometer and some plasma discharges performed with helium gas, which has the same effective mass as most TCABR impurities. Finally, we estimate the effective mass as $ A_ {eff} = 1.40 \\pm 0.07$, that is consistent with the $ Z_ {eff} $ estimation.