Estudos de plasmas em Tokamaks : medidas de temperatura iônica via espectroscopia no ultravioleta do vácuo, e deposição de potência por feixe de partículas neutras / Study of Tokamak plasmas : ion temperature measurements via vacuum ultraviolet spectroscopy, and power deposition by neutral beam injection

Bruno Sversut Arsioli

O desenvolvimento deste trabalho ocorreu em duas frentes distintas relacionadas à grande área de pesquisa: Fusão Termonuclear Controlada em dispositivos do tipo tokamak. A primeira fase abordou estudos de espectroscopia, tendo como principal motivação o aprimoramento dos métodos de medida e tratamento de dados na área de diagnósticos de plasmas quentes. Os trabalhos consistem no diagnóstico por espectroscopia na região do ultravioleta do vácuo (UVV), realizados nos tokamaks TCABr-USP (Lab. Plasmas USP) e Nova-Unicamp (Lab. de Plasmas IFGW-UNICAMP), e concentraram-se na utilização do detector multicanal do tipo MCP-CCD, acoplado a um espectr ômetro de grade simples McPherson-225 operando na região espectral de 500 a 3200 °A, buscando ordens superiores de difração para o cálculo da temperatura iônica (Ti) via medida do alargamento Doppler (??D). A ideia para o cálculo da Ti é a utilização da relação entre os sinais de ordens superiores de difração (OSD), a fim de reduzir a influência do alargamento instrumental no cálculo do parâmetro ??D, do qual depende a medida de Ti. Também foram coletados dados com fotomultiplicadora, explorando a possibilidade de registrar a evolução temporal (com resolução de 1ms) da intensidade das emissões de algumas das principais impurezas presentes no plasma. Numa segunda fase, realizaram-se estudos do aquecimento do plasma por meio de injeção de partícula neutras (IPN) de alta energia (42-93 keV) no tokamak ASDEX Upgrade (Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik; Garching- Alemanha). Tal atividade foi desenvolvida dentro do programa de mestrado em fusão nuclear da União Europeia, ErasmusMundus Fusion-EP, que esteve sob orientação de Dr. Ryter Fran¸cois, e supervisão de Prof. Dr. Stroth Ulrich (Universitat Stuttgart) e Jose Ramon Martin Solis (Universidad Carlos III de Madrid). O tokamak ASDEX Upgrade geralmente opera com plasma de Deutério, sendo a Injeção de Partículas Neutras de Deutério (IPN-D) a principal forma de aquecimento. Para este esquema de operação usual, os perfis de deposição de energia do feixe, ao longo da direção radial, foram extensivamente documentados por meio de cálculos com o código computacional FAFNER. Formulas gerais para os principais parâmetros relacionados à potência depositada e confinamento dos íons rápidos foram desenvolvidas e são rotineiramente utilizadas. No entanto, plasmas de Hélio aquecido por injeção de hidrogênio (IPN-H) e deutério (IPN-D), ocasionalmente são utilizados no ASDEX Upgrade. Uma das motivações para o estudo desse cenário reside na possibilidade de operação do ITER com plasma de hélio, ao menos na fase inicial de baixa ativação. Tal escolha permitiria comissionar os sistemas de controle e diagnóstico sem a necessidade de ativação radioativa das estruturas que compõe o reator, já que as taxas de fusão nuclear seriam mínimas. Até então, a documentação da deposição de potência por IPN em plasma de hélio no tokamak ASDEX Upgrade ainda não havia sido realizada. O objetivo do presente trabalho é a documentação das propriedades de aquecimento por IPN-H e IPN-D em plasma de hélio, utilizando o código FAFNER, sendo de grande interesse viabilizar o uso de uma nova base de dados chamada ADAS. Esta, contém tabelas com coeficientes de atenuação ?s??i adicionais, permitindo levar em conta a presença de átomos excitados no feixe de partículas neutras interagindo com o plasma, o que tem impacto direto sobre a deposição de potência por IPN

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