Busca por evidências de dinâmica caótica nas flutuações turbulentas de densidade em plasmas

• Autor(a) principal: Crepaldi, Caíke
• Data de Publicação: 2021
• 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-11042022-211504/
• topic: complexidade; complexity; entropia; entropy; física de plasmas; plasma physics; turbulence; turbulência

O transporte anômalo de partículas em plasmas confinados magneticamente compromete a qualidade do confinamento e dificulta atingir a fusão termonuclear controlada. Este transporte é vinculado às flutuações eletrostáticas turbulentas observadas na região de borda do plasma, cujo comportamento é um reflexo dos transportes difusivos e não-difusivos nessa região. Por conta da falta de modelos que descrevam essas flutuações ou o transporte subjacente, um dos interesses dos estudos dessas flutuações turbulentas é a caracterização de sua natureza dinâmica predominante. Além das ferramentas já utilizadas em física de plasmas para esse propósito, como a Análise de Quantificação de Recorrência, Análise de Multifractalidade, e a Análise de Densidade Espectral, uma nova metodologia para caracterização da natureza dinâmica subjacente a sinais experimentais é a análise do Diagrama de Complexidade-Entropia (C-H), apresentada por Rosso et al. com base no cálculo de medidas estatísticas utilizando a distribuição de probabilidades de estados de ordenação proposta por Bandt-Pompe. Segundo este método de análise, a posição relativa com que a série temporal é mapeada no diagrama C-H fornece indícios da natureza dinâmica predominante dos processos subjacentes. Neste trabalho, inicialmente mostramos que esta metodologia apresenta características interessantes para a análise de sinais experimentais, pois é robusta quanto à influência de variações lentas do sinal (derivas), ruídos de baixa frequência, e embaralhamentos, graças ao fato do cálculo das medidas de complexidade e entropia usar janelas temporais muito curtas (menos de 10 pontos). Entretanto, mostramos que a mesma apresenta limitações, sendo influenciada pelo tamanho da série temporal analisada e quanto a alguns métodos de pré-processamento de dados comuns, como subamostragem e filtros para suavização do sinal, que podem mudar a posição do ponto que representa a série temporal no plano C-H. Quando aplicada ao estudo das flutuações turbulentas de densidade na região de borda no plasma do tokamak TCABR medidas por sondas de Langmuir, o método indicou uma componente determinística forte nos sinais analisados, representando as séries na região caótica do diagrama. Além disso, o método apresentou resultados reprodutíveis e consistentes em diferentes disparos de plasma, apresentando sensibilidade às mudanças nas características do confinamento observadas em disparos perturbados pela polarização de um eletrodo inserido na região de borda do plasma para melhoria do confinamento.