Estudo do transporte de momento a partir da velocidade de rotação toroidal de plasma em sua interação com partículas neutras no tokamak TCABR

Abstract

Esta tese investiga o transporte de momento no tokamak TCABR, com foco na rotação toroidal do plasma e sua interação com partículas neutras. O principal objetivo foi estimar o perfil radial da difusividade efetiva de momento χ eff ϕ , considerando as forças térmica e de fricção geradas pelas interações de troca de carga entre íons e partículas neutras. Para expressar a influência dessas forças na velocidade toroidal, utilizou-se o modelo de Helander no regime de Pfirsch-Schlüter, que relaciona a velocidade toroidal com o gradiente de temperatura iônica, o que demonstrou boa consistência com os resultados experimentais do TCABR. Ao simplificar as forças atuantes no sistema por meio das forças térmica e de atrito, foi possível obter uma equação diferencial de segunda ordem, semelhante à equação de Helmholtz, cujo autovalor está associado à difusividade efetiva de momento. Além disso, identificou-se um termo de pinch significativo, indicando a necessidade de métodos perturbativos para separar os diferentes componentes do transporte de momento. Os resultados indicam que a difusividade efetiva estimada está em consonância com os dados obtidos em outras máquinas, validando as aproximações teóricas. Este estudo oferece uma base teórica para investigações experimentais futuras e para o desenvolvimento de diagnósticos no TCABR, contribuindo para o entendimento dos mecanismos de transporte de momento em tokamaks.

This thesis investigates momentum transport in the TCABR tokamak, focusing on plasma toroidal rotation and its interaction with neutral particles. The primary objective was to estimate the radial profile of the effective momentum diffusivity χ eff ϕ , considering the thermal and friction forces generated by charge exchange interactions between ions and neutral particles. To express the influence of these forces on toroidal velocity, the Helander model in the Pfirsch-Schlüter regime was used, relating the toroidal velocity to the ion temperature gradient, which showed good consistency with the experimental results from TCABR. By simplifying the forces acting on the system through thermal and friction forces, a second-order differential equation, similar to the Helmholtz equation, was derived, with the eigenvalue associated with the effective momentum diffusivity. Additionally, a significant pinch term was identified, indicating the need for perturbative methods to separate the different components of momentum transport. The results suggest that the estimated effective diffusivity aligns with data obtained from other machines, validating the theoretical approximations. This study provides a theoretical foundation for future experimental investigations and the development of diagnostics in TCABR, contributing to the understanding of momentum transport mechanisms in tokamaks.