Estudios de reflectometría doppler en el stellarator TJ-II: comparación entre simulaciones y resultados experimentales
- Autores: Francisco Fernández Vázquez del Mercado
- Directores de la Tesis: Teresa Estrada García (dir. tes.), Emilio Jose Blanco Villareal (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Carlos Hidalgo Vera (presid.), Víctor Tribaldos Macía (secret.), Daniel Lopez Bruna (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Plasmas y Fusión Nuclear por la Universidad Carlos III de Madrid
- Materias:
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- Resumen
El confinamiento magnético de plasmas de alta densidad y temperatura está siendo estudiado desde hace varias décadas con el objeto de construir un reactor de fusión que sea capaz de producir energía. Para ello, es necesario conseguir la ignición del plasma. Esta se alcanza cuando se cumple el criterio de Lawson, el cual establece un mínimo en el triple producto temperatura, densidad y tiempo de confinamiento. Desde el punto de vista económico, el parámetro más interesante de incrementar es el tiempo de confinamiento, por ello, el campo magnético de las máquinas de fusión tiene cierta helicidad. En stellarators, el concepto que define la helicidad es la transformada rotacional. En algunos puntos radiales el valor de ésta puede ser racional, dando lugar a superficies magnéticas resonantes. Esto sumado al hecho de que el plasma es un medio con cierta resistividad, puede dar lugar al nacimiento de islas magnéticas que son superficies de flujo que se forman dentro de la columna de plasma aisladas del resto de superficies magnéticas. Son numerosos los estudios analíticos, numéricos y experimentales que se han realizado para determinar si las islas magnéticas aumentan el transporte radial y con ello se reduce el tiempo de confinamiento, pero la comunidad científica no ha llegado ningún consenso aún.
Otro fenómeno que provoca una disminución del tiempo de confinamiento, es la turbulencia. Para llevar a cabo estudios que permitan reducir la turbulencia en el plasma, es necesario caracterizarla previamente, para ello se emplean distintas magnitudes. Una de las más utilizadas es la longitud de correlación radial (Lr). Se trata de una medida estadística de la turbulencia cuyo valor es proporcional al tamaño de las estructuras turbulentas.
Son varios los diagnósticos que pueden medir Lr: sondas de Langmuir, Beam Emission Spectroscopy, Heavy Ion Beam probe, reflectometría, etc... La reflectometría tiene una buena resolución espacial, temporal y puede medir en posiciones internas de la columna de plasma. Esta característica sumada al hecho de ser un diagnóstico no perturbativo por utilizar ondas electromagnéticas de baja potencia, lo convierten en una técnica idónea para medir Lr en plasmas de fusión. Sin embargo, la interpretación de la medida de Lr con reflectometría convencional es compleja, lo que ha provocado un uso escaso de esta técnica para medir Lr.
La reflectometría Doppler es una variante de la reflectometría convencional y a diferencia de ésta, permite un ángulo de incidencia con respecto a la normal a la superficie del plasma. Recientemente, estudios analíticos y numéricos han sugerido que la reflectometría Doppler podría ofrecer medidas de Lr cuya interpretación fuera más sencilla que la que se obtiene mediante reflectometr´ıa convencional.
Por otra parte, la medida de Lr en islas magnéticas con reflectometría Doppler podría aportar nuevos resultados a la caracterización de estas estructuras. Además, podría posicionar a la reflectometría Doppler como diagnóstico adicional para medir la anchura y la localización radial de las islas magnéticas. En último término, las medidas de Lr podrían ser utilizadas en trabajos posteriores para ayudar a determinar si las islas magnéticas aumentan o disminuyen el confinamiento en stellarators.
En este trabajo se ilustra el estudio de la medida de Lr con el reflectómetro Doppler instalado en el stellarator TJ-II. Se ha medido la Lr en distintas regiones de la columna de plasma y en distintas condiciones. Los resultados se han comparado con los de otro estudio numérico para poder obtener conclusiones sobre la medida. Además se ha prestado especial atención al desarrollo de un método para medir Lr en condiciones específicas.
También se ha medido la Lr de islas magnéticas formadas en plasmas de TJ-II mediante reflectometría Doppler. Las medidas experimentales se han entendido mediante la comparación con los resultados de un reflectómetro Doppler sintético
