Modelagem da evolução de cenários de plasmas no tokamak TCABR

• Autor(a) principal: Asnis, Yuri Peres
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-11052023-095443/
• topic: Computação numérica.; Equilíbrio MHD; Física de Plasmas; Magnetohidrodinâmica; Magnetohydrodynamics; MHD equilibrium; Numerical computation; Plasma Physics; Tokamak; Tokamaks

Uma modernização significativa do tokamak TCABR - uma máquina operada pelo Insti- tuto de Física da Universidade de São Paulo, está sendo projetada. Parte dessa modernização está na instalação de duas bobinas de campo poloidal (PF) adicionais, aumentando esse número de 14 para 16. Isso permitirá ao TCABR criar plasmas com uma vasta variedade de formatos, incluindo plasmas limitados pela parede bem como plasmas com desviadores com pontos-X únicos, pontos-X duplos e desviadores snowflakes. A criação de um plasma com um determinado formato requer o conhecimento prévio da evolução das correntes elétricas em cada uma das bobinas magnéticas. Neste trabalho, apresentamos o desenvolvimento de um modelo computacional que calcula a evolução dessas correntes tendo como base um pequeno conjunto de parâmetros de entrada que devem ser fornecidos em pontos específicos no tempo, como a corrente de plasma, o beta normalisado, a posição da última superfície de fluxo fechada, e pontos de restrição como pontos-X. Esse modelo, portanto, nos permite projetar a evolução do plasma durante toda a descarga. O núcleo desse modelo consiste em equações de circuito que representam o acoplamento eletromagnético entre as bobinas mag- néticas, a câmara de vácuo e o plasma. A inclusão da câmara de vácuo no modelo nos permite uma previsão mais realista da atenuação do campo elétrico toroidal na região do plasma e o cálculo auto-consistente das correntes induzidas na câmara de vácuo, cujo impacto no formato do plasma deve ser compensado pelas bobinas PF. Ainda mais, esse modelo, acoplado com um código de construção de equilíbrio, permite a geração de um equilíbrio MHD para o TCABR, garantindo uma melhor estimativa da evolução temporal de cada corrente e voltagem. Neste trabalho, a evolução temporal de oito cenários de plasma foram modelados utilizando o código desenvolvido. Durante essa modelagem, foi observado que para manter uma cor- rente de plasma no flat top de até Ip = 110 kA por até 1 s, as fontes de potência do sistema ohmico e das bobinas PF terão que operar nos quatro quadrantes de um espaço operacional tensão-corrente e fornecer, respectivamente, tensões e correntes de até ±2.3 kV/±24 kA, para controle da corrente plasma, e ±300 V/±9 kA, para controle de posição e formato do plasma.