Experimental study of the operation regimes of the plasma density in Tokamak Start and diagnostic systems

Tokamaks de baixa razão de aspecto (LART), também chamados tokamaks esféricos (ST), são dispositivos concebidos teoricamente para ter um alto fator beta IND. T, típico de um disposito de efeito estrição de campo reverso (RFP) ou Spheromak (beta IND. T SETA INFINITO, mas com geometria similar a um ultra-LART), porém mantendo o confinamento de um tokamak convencional, adicionado às melhores propriedades de estabilidade. Aqui beta IND. T 3 BARRAS 91/ V IND. p) INT. pdV/(B IND. To POT. 2/ 2mü IND. 0), B IND. To 3 BARRAS B IND. T POT. vac (R IND. 0) e p é a pressão do plasma. START foi o primeiro LART a demonstrar essas caracterísiticas em temperaturas de T IND. i APROXIMADAMENTE IGUAL A T IND. e 10 POT. 2eV. O trabalho descrito nesta tese teve como objetivo o desenvolvimento e a utilização de sistemas de diagnóstivos para o estudo dos regimes de operação da densidade do plasma no START. Desenvolveu-se um interferômetro de dupla-passagem de feixe ao longo do plano médio horizontal do vaso, com a finalidade de medir a densidade média de linha do plasma. Esse interferômetro era composto de um laser HCN (337müm), uma mesa óptica e detectores (díodos Schottky). Mediu-se n BARRA IND. e < 10 POT. 18_ > 2x10 POT. 20m POT. -3. Desenvolveu-se um sistema de pré-ionização por ondas ressonantes elétron-ciclotrônicas, baseado num gerador klystron de 6GHz e P IND. ECR-P < ou =3kW, para o auxílio na ruptura elétrica do gás no regime Tokamak, reduzindo o valor de fluxo magnético necessário para romper e manter a descarga e aumentar sua reprodutibilidade. Observou-se, a pressões de preenchimento 1,1-1,5X10 POT. -5 mbar, uma maior reprodutibilidade da descarga e redução do tempo de ruptura do gás com o aumento de P IND. ECR-P. Colocou-se também em operação um injetor de pastilhas criogênicas (8-9K) de deutério, D IND.2, com o objetivo de aumentar a densidade ) do plasma. Esse era do tipo canhão de gás, de uma única pastilha com valores de massa 3 x 10 IND. 19 átomos e velocidadee de 50-400m/s, propulsiopnadas por gás H IND. 2 (0-4bar). Pastilhas forma injetadas da parte superior do START, quase verticalmente, na região de alto campo magnético do vaso, em regimes ôhmico e aquecido por feixes de partículas neutras (NBI), de alto e baixo beta IND. T, aumentando substancialmente a densidade. Com o uso desses diagnósticos, estudaram-se os regimes de alta e baixa densidade, Com injeção de gás, obteve-se n BARRA IND. e POT. max = 1,0x10 POT.20 densidade de Greenwald N IND. G POT. max APROXIMADAMENTE IGUAL À 0,9) e observou-se a contração da coluna do plasma e o colapso das descargas em duas fases, semelhante ao que ocorre nos Tokamaks convencionais. Observou-se um aumento da densidade com o uso de NBI, mas não da densidade de Greenwald. Obteve-se, também, via injeção de pastilha, simultaneamente, altas densidades (N IND. G 1,0-1,1), grande eficiência de reposição de partículas ( 100%) e melhoria no confinamento em descargas de altos valores de beta IND. T 9 23-27%). É provável que o limite de pressão tenha sido atingido.Low Aspect Ratio Tokamaks (LARTs) or Spherical Tokamaks (STs) are devices theoretically conceived to have the high toroidal T of the Reversed- Field Pinch and Spheromak (T but similar geometry to an ultra-LART) whilst retaining the confinement of the conventional Tokamak together with improved stability. Here T = (1/Vp) f pdV/ (B2TO/2o) BT= BT (Ro), and p is the plasma pressure. START was the first LART to demonstrate these features at temperatures of Tt ~Te ~102eV. The work described in this thesis has aimed to develop and use diagnostics and their use for studying the density operating regimes on START. A double-pass mid plane interferometer was commissioned for measuring the plasma density. This system was composed by an existing HCN laser (337 ), an optical table, and detectors (Schottky diodes)