Orientador: Paulo Hiroshi Sakanaka

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Mostramos neste trabalho as características do aparato experimental montado no Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense (Máquina Linear tipo Espelho LISA) , para produzir o plasma de hélio por rádio freqüência e estudar o seu comportamento quando confinado por um campo...

Resumo: Mostramos neste trabalho as características do aparato experimental montado no Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense (Máquina Linear tipo Espelho LISA) , para produzir o plasma de hélio por rádio freqüência e estudar o seu comportamento quando confinado por um campo magnético de geometria espelho. O plasma foi produzido por uma fonte de microondas com as seguintes características: fRF = 2,45 GHz e PRF = 800 Watts, que pode funcionar em regime contínuo ou pulsado. Os parâmetros do plasma foram estudados em função do campo magnético externo B0, para duas diferentes configurações: 1. região de grande volume de ressonância; 2. região de pequeno volume de ressonância. Para cada região foi feito o mapeamento axial e radial do campo magnético B0, Bz(r,z) e Br(r,z), afim de se verificar a distribuição espacial e orbital das partículas e obter o tempo de confinamento de energia tomando-se por base a equação do balanço de energia. dTej/dT = aj ¿ Tej/tj (j = 1,2) (1) onde os índices 1 e 2 se referem as regiões de grande e pequeno volume aj, tj, são a razão de aquecimento e o tempo de confinamento de energia respectivamente. No estado estacionário, temos: Tej = ajtj (2) onde Tej é a temperatura eletrônica sendo tj função da pressão, temperatura, campo magnético, campo elétrico, etc. Aplicando a microonda na freqüência ciclotrônica dos elétrons wRF = eB0/meC , medimos a temperatura e a densidade dos elétrons Te e ne o potencial flutuante e o potencial de plasma VF e Vp, e obtivemos, ainda, os perfis do campo elétrico Er, Eq e Ez. Variando a distribuição do campo magnético (B1 e B2) pudemos comparar aj e tj com Tej 0para as duas diferentes configurações. Além da influência do campo magnético externo B0, no aquecimento do elétron na ECRH, foi identificada a absorção ressonante ou conversão de onda incidente em onda de Langmuir, com características de caimento paramétrico e processo de termalização (colisões efetivas e Bremsstrahlung inverso). Ondas íon-acústicas modo lento (w < wci cosq) foram observadas com velocidade de fase: Vf = (kbTe/mi)1/2 cosq . (3) Em decorrência da efetiva influência do potencial de rádio freqüência (RF) induzido (VRF) nas características do plasma, a teoria de Bohm, para sondas em plasma, foi modificada. Considerando-se o efeito da voltagem de RF aplicada na corrente de saturação de íons, deduzindo-se urna nova expressão [1]: o que possibilitou explicar o comportamento da freqüência ressonante do plasma-Sheath, detectada experimentalmente no plasma de baixa temperatura e de baixa densidade eletrônica [2]. O diagnóstico foi feito com sonda eletrostática, plana, móvel (axial e radial), sonda Hall, sonda magnética, bobina diamagnética e espectrógrafo

Abstract: We show in this work the characteristics of an experimental device assembled in the Instituto de Física, Universidade Federal Flurninense (Linear Mirror Type Machine LISA) to produce Helium plasma by RF and to study its behavior when confined by a magnetic field with mirrors. The plasma...

Abstract: We show in this work the characteristics of an experimental device assembled in the Instituto de Física, Universidade Federal Flurninense (Linear Mirror Type Machine LISA) to produce Helium plasma by RF and to study its behavior when confined by a magnetic field with mirrors. The plasma was produced by a micro-wave generator of, fRF = 2.45 GHz, PRF = 800 Watts, which can be operated in steady or pulsed state. The plasma parameters were studied as a function of external magnetic field B0 with two differents configurations: 1. large resonance region, 2. small resonance region. The axial and radial magnetic field B0 ,Bz(r, z) and Br(r, z) were mapped for each configuration in order to verify the spatial distribution, particle orbits and energy confinement time according to the energy balance equation dTej/dt = aj ¿ Tej/tj (j = 1,2) (1) where aj, tj are heating rate and energy confinement time respectively. In steady state, we have Tej = ajtj (2) where Tej is electron temperature and tj is a function of pressure, temperature, magnetic field, electric field, etc. Applying the micro-wave at the electron cyclotron frequency wRF = eB0/meC we measured the electron temperature and density Te, ne, floating potential and plasma potential, VF, Vp and obtained the electric field profile Er, Eq and Ez. Changing the magnetic field distribution (B1, B2), we can compare aj and tj with Tej for the two configurations. Besides the influence of the external magnetic field, B0, in the electron heating of ECRH, it was identified some resonant absorption or mode conversion to Langmuir wave with characteristics of parametric decay, thermalization process (collisions and inverse Bremsstrahlung) and slow ion acoustic mode (w < wci cosq ) with phase velocity Vph = (kbTe/mi)1/2 cosq. (3) As a consequence of the influence of the induced radio frequency (RF) voltage in the plasma, the Bohm's theory of plasma probe was modified. Considering the effect of RF voltage on the ion saturation current, we derived a new expression [1]: which allows to explain the frequency behavior of plasma-Sheath resonance, detected experimentally in a low temperature and low density plasma [2]. The diagnostic was done with plane movable electrostatic probe, Hall probe, magnetic probe, diamagnetic coil and spectrography