Métodos de análise experimental de uma configuração de campo reverso no TC1-UNICAMP
Roberto Yzumi Honda
TESE
Português
T/UNICAMP H755m
Campinas, SP : [s.n.], 1993.
185 f. : il.
Orientador: Munemasa Machida
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica
Resumo: Este trabalho objetivou a caracterização tanto da máquina TCI-UNICAMP quanto do plasma produzido na configuração de campo reverso (C.C.R.) nela formada e para tal vários sistemas de diagnósticos foram implementados quais sejam: Sondas magnéticas, sonda de fluxo excluído, espectros copia no...
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Resumo: Este trabalho objetivou a caracterização tanto da máquina TCI-UNICAMP quanto do plasma produzido na configuração de campo reverso (C.C.R.) nela formada e para tal vários sistemas de diagnósticos foram implementados quais sejam: Sondas magnéticas, sonda de fluxo excluído, espectros copia no visível, copos de Faraday, sonda de pressão (piezoelétrica) e fotografias ultrarápidas (IMACON). Os resultados das medidas foram testados e analisados à luz dos modelos teóricos e semiempíricos existentes. Para a correta operação da máquina TCI-UNICAMP, houve a necessidade de se desenvolver chaves especiais, confiáveis quanto à precisão no instante de fechamento ( "jitter") e durabilidade, construídas com materiais existentes no mercado nacional e capazes de controlar altas correntes e tensões presentes em experimentos como este ( 300kA-30kV). Foram projetadas e construídas chaves do tipo "distorção de campo" tanto para partida como para o "crowbar" das descargas dos bancos de capacitores (principal e pré-ionização) com um bom resultado, tanto no seu desempenho quanto na versatilidade dos ajustes dos seus eletrodos e na sua manutenção. A utilização do "crowbar" na descarga da pré-ionização do TCI-UNICAMP é inédita em máquinas como esta e possibilitou uma otimização da pré-ionização, no que tange à não perturbação da descarga principal. Foi realizado um estudo sistemático do "crowbar" do banco principal e sua operacionalidade alcançada. A caracterização eletromagnética do TCI-UNICAMP foi realizada com a utilização de sondas magnéticas múltiplas para descargas em vácuo e do arranjo denominado sonda de fluxo excluído para o estudo da dinâmica da C.C.R. .Foram também determinados vários outros parâmetros como o raio da separatriz, e os importantes parâmetros para a utilização dos modelos e leis de escala, B. e E., os campos de "Green e Newton", apresentados no capítulo V. Foi realizada ainda a medida da variação temporal da temperatura iônica através da espectroscopia no visível, com o OMA no modo pulsado, registrando os espectros das linhas de impurezas do CIII e CIV , para uma pressão de operação de lOmTorr de hidrogênio. Foram obtidas temperaturas no intervalo entre 70 e 200 eV através da medida do alargamento Doppler e uma estimativa da densidade eletrônica de 1015cm-3 através da medida do alargamento "Stark" da linha do íon NII ( À = 4674,9 angstrons). Observou-se a dinâmica da fuga das partículas pelas extremidades do TC1- UNICAMP utilizando-se um sistema de analisadores multicanal do tipo copo de Faradaye a velocidade média das partículas em fuga de (1,0 x 1O7cm/seg) foi determinada através da medida do tempo de vôo com um copo de Faraday simples. Este último diagnóstico foi confirmado por outro método, utilizando a sonda de pressão ,cujo resultado indica uma velocidade média de escape de (9,1 x 1O6cm/ seg) Os resultados da IMACON revelaram um novo modo de operação da máquina com a predominância do modo rotacional n = 4 utilizando se uma determinada temporização dos chaveamentos dos bancos de capacitores. A análise do conjunto dos dados como um todo sugere que a predominância do modo n = 4 está associada à contração axial da C.C.R., com uma velocidade comparável à velocidade de implosão radial. Em termos de metodologia na análise dos dados, desenvolveu-se a análise de fases relativas entre os dados de sondas magnéticas localizadas em posições espaciais diferentes numa mesma descarga, que se revelou bastante sensível à dinâmica do plasma formado (C.C.R.). Este método é sem dúvida extremamente importante na caracterização experimental de um plasma confinado magnéticamente, onde ocorrem processos de difusão tanto de campos como de particulas. A fase é potencialmente muito rica em informaçôes sobre o plasma que e um meio bastante dinâmico. Estendeu-se o método da análise das fases relativa para os raios da separatriz em diferentes posições axiais para uma mesma descarga, revelando o movimento axial da C.C.R. (contração axial). De um modo geral foi possível realizar uma detalhada caracterização da C.C.R. no TCI-UNICAMP procurando se a melhor otimização da sua descarga
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Abstract: The study of field reversed configuration (FRC) formation, caracterization and optimization in TCI-UNICAMP machine has been performed in detail in this work using the following diagnostic systems: internal multi - array excluded flux 10- ops,visible spectroscopy with OMA, multichannel...
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Abstract: The study of field reversed configuration (FRC) formation, caracterization and optimization in TCI-UNICAMP machine has been performed in detail in this work using the following diagnostic systems: internal multi - array excluded flux 10- ops,visible spectroscopy with OMA, multichannel Faraday Cup, piezoelectric pressure probe, and fast image converter camera. The experimental results from the machine have been analyzed and compared with existing theoretical and semi-empirical models. A low jitter, trustful high volt age and current (30 kV - 300 kA) field distortion start and crowbar switches have been developed using locally available materiaIs. These switches which possess external gap adjustable capability, have shown very good performance and easy maintenance during this work. The use of crowbar switch on the pre-ionization bank discharge is unique, and this arrangement has resulted in a very precise optmization of the preionization stage, besides negligible interference of its oscillation on main discharge phase. The electromagnetic caracterization of the TCI-UNICAMP device has been carried out by the use of multi-array internal magnetic probes in the absence of working gas, whereas a multi-array excluded flux diagnostics has been used to study FRC behavior of hydrogen plasma created on the device by obtaining parameters like separatriz radius and < j3> as well as B. , E. (Green - Newton fields). A visible pectrometer coupled with OMA system in pulsed mode has been used to measure time variation of ion temperature, mainly using CIII and CIV impurity lines, at 10 mtorr working pressure.The ion temperatures of 70 to 200 eV have been obtained by Doppler broadening of spectral lines, whereas the electron density of 1.0 X 1015cm-3 has been estimated by Stark broadening of NII ion line ( 4674,9AO). By the use of multi-channel Faraday Cup measurements, end-loss from TCl- UNICAMP machine has been mapped out and an average particle loss velocity of 1.0 X 107 cm/s has been measured by time of flight method using single Faraday Cup. This loss velocity value has also been confirmed by the use of a piezoelectric pressure probe which indicated 9,1 x 106 em/s. The results from IMACON measurements has revealed a new kind of machine operation, with predominance of n=4 rotational mode within certain capacitor banks diseharge timings. The analysis of n=4 mode has been done by the use of all available diagnosties and it was shown to be related to the FRC axial eontraction phenomena with a speed eomparable to radial implosion veloeity. A new method of data proeessing has been developed using relative phase analysis of signals from many local and one loop magnetie probes distributed in poloidal and axial positions.This method has shown to be very sensitive to the FRC dynamie movements, and by the analysis of separatriz radius relative phase in different axial positions, many important informations about FRC axial eontraction has been obtained for the first time in our TC1-UNICAMP maehine
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