Sheffield Heit, Facundo M. (2022) Dinámica de partículas cargadas en tokamaks con triangularidad positiva y negativa / Dynamics of charged particles in positive and negative triangularity tokamaks. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El desarrollo de la fusión nuclear controlada como fuente de energía ha sido un objetivo altamente deseado en las últimas décadas. De todos los dispositivos para confinar las partículas a fusionar, los tokamaks, que proporcionan equilibrios magnéticos de forma toroidal, han sido los más exitosos. Estos dispositivos poseen en la gran mayoría de los casos una sección transversal en forma de D, a la cual se le asocia un parámetro denominado triangularidad. La triangularidad puede ser positiva, como es el caso estándar, o negativa, en cuyo caso la sección transversal tendría una forma de D invertida. Dado que se ha descubierto experimentalmente que los equilibrios con triangularidad negativa resultan tan buenos como los de triangularidad positiva, y tendrían ventajas adicionales, resulta de interés estudiarlos para tratar de entender las diferencias entre ambas geometrías. Es por ello que en este trabajo se estudió la dinámica de partículas cargadas mediante la inyección de un haz neutro en equilibrios magnetohidrodinámicos (MHD) analíticos con triangularidad tanto positiva como negativa. Se observó como en la configuración de triangularidad negativa una mayor proporción de las pérdidas de partículas fueron en la zona del divertor, y como la energía del haz es depositada en una región más elongada y de manera más localizada en triangularidad negativa. Ambos resultados indican que la configuración de triangularidad negativa es más favorable con respecto a la inyección de un haz neutro que una configuración estándar de triangularidad positiva.
Resumen en inglés
Controlled nuclear fusion has been a highly pursued objective over the last decades. Out of all the available devices used to confine the particles to be fused, the tokamaks, which provide magnetic toroidal equilibria, have been the most successful. These devices possess in most cases a Dshaped cross section, which is associated with a parameter known as triangularity. Triangularity can be positive, which is the standard case; or negative, in which case the cross section has an inverted D shape. Recent experiments have shown that negative triangularity equilibria can be as good as the positive triangularity ones, and it is speculated that there are more advantages to this geometry. Due to this, studying these equilibria in order to understand the differences between both geometries is of particular interest. Because of that, in this work the dynamics of charged particles created via neutral beam injection on analytical magnetohydrodynamic (MHD) equilibria with both positive and negative triangularity have been studied. It was observed that in the case of negative triangularity a larger fraction of the particle losses was at the divertor region. Furthermore, in the negative triangularity case the energy deposition region was found to be more elongated and localized than in positive triangularity. Both of these results indicate that the negative triangularity configuration is overall better than its counterpart with respect to neutral beam inyection.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Plasma; Neutron beams; Haces de nuetrones; [Tokamak; Focus; Triangularity; Triangularidad] |
| Referencias: | [1] Freidberg, J. P. Ideal MHD. Nueva York: Cambridge University Press, 2014. 8 [2] Austin, M. E., Marinoni, A., Walker, M. L., Brookman, M. W., deGrassie, J. S., Hyatt, A. W., et al. Achievement of reactor-relevant performance in negative triangularity shape in the diii-d tokamak. Phys. Rev. Lett., 122, 115001, Mar 2019. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.122.115001. 10, 31, 32 [3] Kikuchi, M., Fasoli, A., Takizuka, T., Diamond, P., Medvedev, S., Duan, X., et al. Negative triangularity tokamak as fusion energy system. 2014. URL https://sciforum.net/paper/view/2321. [4] Camenen, Y., Pochelon, A., Behn, R., Bottinoa, A., Bortolon, A., Coda, S., et al. Impact of plasma triangularity and collisionality on electron heat transport in tcvl-mode plasmas. Nuclear Fusion, 47, 510, Jun 2007. URL https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/47/7/002. [5] Huang, Z., Coda, S., the TCV team. Dependence of density fluctuations on shape and collisionality in positive- and negative-triangularity tokamak plasmas. Plasma Physics and Controlled Fusion, 61 (1), 014021, nov 2018. URL https://dx.doi.org/10.1088/1361-6587/aadb59. 10 [6] Suckewer, S., Eubank, H. P., Goldston, R. J., Hinnov, E., Sauthoff, N. R. Toroidal plasma rotation in the princeton large torus induced by neutral-beam injection. Phys. Rev. Lett., 43, 207–210, Jul 1979. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.43.207. 15 [7] Bell, M. Measurements of plasma rotation in tokamak LT-3. Nuclear Fusion, 19 (1), 33–38, jan 1979. URL https://doi.org/10.1088/0029-5515/19/1/004. 15 [8] Maschke, E. K., Perrin, H. Exact solutions of the stationary MHD equations for a rotating toroidal plasma. Plasma Physics, 22 (6), 579–594, jun 1980. URL https://doi.org/10.1088/0032-1028/22/6/007. 15, 18 [9] Farengo, R. Extended solov’ev type equilibria for rotating plasmas with positive and negative triangularity. Physics of Plasmas, 27 (12), 122502, 2020. URL https://doi.org/10.1063/5.0027347. 17 [10] Solov’ev, L. The theory of hydromagnetic stability of toroidal plasma configurations. Zh. Eksp. Teor. Fiz., 53: 626-43(Aug. 1967)., 26, 01 1967. 17 [11] Zheng, S. B., Wootton, A. J., Solano, E. R. Analytical tokamak equilibrium for shaped plasmas. Physics of Plasmas, 3 (3), 1176–1178, 1996. URL https://doi.org/10.1063/1.871772. 18 [12] Robert J. Goldston, P. H. R. Introduction to plasma physics. Har/dis ed. Iop Institute of Physics, 1995. URL http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5=f5d162109dbfe2b85ee6af70266f3a35. 25 [13] Clauser, C. F. Dinámica de partículas alfa en plasmas magnetizados y el efecto de las colisiones en la interacción partícula-plasma. Tesis Doctoral, Instituto Balseiro - Universidad Nacional de Cuyo, Sep 2018. 26, 29 [14] Clauser, C., Farengo, R., Ferrari, H. Focus: A full-orbit cuda solver for particle simulations in magnetized plasmas. Computer Physics Communications, 234, 126–136, 2019. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465518302753. 28, 29 [15] Qin, H., Zhang, S., Xiao, J., Liu, J., Sun, Y., Tang, W. M. Why is boris algorithm so good? Physics of Plasmas, 20 (8), 084503, 2013. URL https://doi.org/10.1063/1.4818428. 29 [16] Berland, J., Bogey, C., Bailly, C. Low-dissipation and low-dispersion fourth-order runge–kutta algorithm. Computers & Fluids, 35 (10), 1459–1463, 2006. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045793005000575. 29 [17] Pankin, A., McCune, D., Andre, R., Bateman, G., Kritz, A. The tokamak monte carlo fast ion module nubeam in the national transport code collaboration library. Computer Physics Communications, 159 (3), 157–184, 2004. URL https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465504001109. 35 |
| Materias: | Física > Física de plasma Física > Fusión nuclear |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Fusión nuclear y física de plasmas |
| Código ID: | 1133 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 19 Jul 2023 13:59 |
| Última Modificación: | 19 Jul 2023 13:59 |
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