Estudio de fluctuaciones de temperatura y densidad en el borde del plasma en dispositivos Tokamak y Stellarator

Abstract

Todavía no se tiene una comprensión adecuada de los mecanismos físicos responsables de las perdidas de partículas y de energía en los dispositivos de confinamiento magnético. Se dice que el transporte es anómalo. Actualmente se considera la turbulencia electromagnética del plasma como el mecanismo que, con mayor probabilidad, es responsable del transporte anómalo en la región externa del plasma. El objetivo de este trabajo ha sido profundizar en el conocimiento de los mecanismos físicos que generan las inestabilidades responsables de los altos niveles de turbulencia observados en la región del borde del plasma en dispositivos Tokamak y Stellarator. Esta tesis se ha centrado fundamentalmente en el estudio de la turbulencia electrostática en la región más externa del plasma del Tokamak tji y del Stellarator Wendelstein 7as y en el desarrollo de técnicas experimentales para la medida de fluctuaciones en esa zona. El programa de investigación se ha desarrollado en el periodo de 1991 a 1994 con el siguiente esquema de trabajo: a) puesta en marcha de técnicas experimentales para la medida de la temperatura electrónica y de sus fluctuaciones en el borde del plasma, usando sondas de Langmuir. Este punto se ha concretado en el desarrollo de la "sonda de Langmuir con barrido rápido" que permite caracterizar la densidad, la temperatura electrónica y el potencial del plasma con resoluciones espacial y temporal adecuadas para el estudio de la turbulencia electrostática. B) con el fin de contribuir a la clarificación de los posibles mecanismos físicos generadores de turbulencia en el borde del plasma, se han caracterizado los niveles de fluctuaciones de la densidad y la temperatura electrónica, sus propiedades espectrales y la estructura espacial de la turbulencia en una zona próxima a la ultima superficie cerrada de flujo de campo magnético. C) una parte importante de este trabajo se ha centrado en la comparación de los resultados experimentales obtenidos con los modelos teóricos propuestos para explicar la turbulencia observada en la región del borde de plasmas confinados magnéticamente. Las inestabilidades inducidas por mecanismos de física atómica, en particular las inducidas por la radiación, son posibles candidatas para explicar los elevados niveles de turbulencia observados en el borde del plasma. Con la finalidad de cuantificar la relevancia de las inestabilidades inducidas por radiación, se ha realizado un estudio de la influencia de la radiación en los niveles de fluctuaciones de la densidad y la temperatura electrónica.