Interferometría láser heterodina para diagnóstico en plasmas de fusión. Experimentos y medidas realizados en el Stellarator TJ-II y el Tokamak C-MOD

• Autores: Pablo Acedo Gallardo
• Directores de la Tesis: Horacio Lamela Rivera (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2000
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Luque López (presid.), Emilio Olías Ruiz (secret.), Javier Uceda Antolín (voc.), Joaquín Sánchez Sanz (voc.), José Antonio Martín Pereda (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología electrónica
      • Dispositivos láser
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • La presente tesis describe la concepción, el diseño, la instalación y la obtención de primeros resultados de dos interferómetros láser heterodinos con dos longitudes de onda para la medida de densidades electrónicas en dos máquinas de fusión: el Stellarator T J-II (Centro de Investigaciones Energéticas, Mediambientales y Tecnológicas, Madrid) y el Tokamak Alcator C-Mod (Plasma Science and Fusion Center, MIT, EEUU). Este diagnóstico interferométrico de la densidad electrónica basado en la variación del índice de refracción del plasma en función del número de electrones libres por unidad de volumen en el mismo, es fundamental en toda máquina para la investigación en fusión. En primer lugar se presentan las bases de un diseño de un sistema interferencial heterodino basado en dos longitudes de onda (C02, A= 10.6 JlfTl, Y He-Ne, A= 633 nm) para la medida de densidades electrónicas en el Stellarator T J-II. Las razones de esta elección, primera vez que se demuestra el funcionamiento de un diagnóstico con una longitud de onda tan corta para la medida de densidades electrónicas en un Stellarator, estriban en lo compacto del sistema final y la sencillez del uso de fuentes láser en el infrarrojo próximo y visible frente a las técnicas basadas en el infrarrojo lejano (FIR). No obstante, esta decisión ha llevado implícito varios pasos previos como han sido la necesidad de la concepción e implementación de una electrónica para la detección de fase del sistema de interferometría láser heterodina, su caracterización en cuanto a los límites de resolución mediante su calibración con un interferómetro homodino y la evaluación del límite de substracción de las vibraciones mecánicas del sistema de interferometría láser heterodino con dos longitudes de onda. El diseño definitivo se ha instalado en el Stellarator T J-II obteniéndose los primeros resultados de medida de densidades electrónicas de 2x1018 m-3 en máquinas de densidad y tamaño medio al eliminar las vibraciones mecánicas producidas en esta máquina hasta un nivel de 10-2 de franja de CO2. En segundo lugar se presenta el principio de funcionamiento, la instalación, puesta a punto y operación de un interferómetro láser heterodino para la medida de densidades electrónicas basado en el uso de un láser de Nd:YAG con doblado de frecuencia (A1=1.064 JlfTl y A2 = 532 nm) en el Tokamak Alcator C-Mod. Es la primera vez que se demuestra el funcionamiento de un sistema interferencial de este tipo que incorpora las ventajas respecto a los sistemas con dos longitudes de onda tradicionales, de una mayor insensibilidad a las vibraciones mecánicas, y una reducción de los componentes ópticos necesarios. Las medidas de densidad electrónica obtenidas en este sistema son de 3x1020 m-2 de valor máximo de integral de línea con una resolución de 1x1019 m-2. Este sistema, además, presenta la novedad relativa de una visión tangencial del plasma, de aplicación directa en las futuras máquinas de fusión.