Microinestabilidades producidas por gradientes de corriente en plasmas magnetizados

Se estudian inestabilidades producidas por gradientes de velocidad y temperatura electrónica en un sustrato de plasma inmerso en un campo magnético con cizalladura. Utilizando diversos modelos para describir la dinámica de iones y electrones se muestra que ambos gradientes pueden excitar modos inestables de baja frecuencia, y se determinan la tasa de crecimiento y estructura espacial de estos modos dentro de un amplio rango de valores de los parámetros de interés. Dependiendo del modelo utilizado, la condición de cuasineutralidad conduce a una ecuación diferencial lineal de segundo orden o a una ecuación integral. En el límite de plasma frío la ecuación diferencial resultante puede ser resuelta analíticamente para perfiles sencillos de velocidad y campo magnético pero cuando se utiliza un modelo cinético para los electrones (y el de fluido frío para los iones) es necesario recurrir a métodos numéricos. En el caso de temperatura iónica finita la fuerte localización de los modos considerados hace que sea necesario recurrir a un formalismo que conduce a una ecuación integral (equivalente a la condición de cuasineutralidad en el espacio k), que debe ser resuelta numéricamente. Se analiza finalmente la importancia de las inestabilidades estudiadas en el proceso de difusión de un perfil de corriente.Fil:Farengo, Ricardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Theoretical studies on nuclear fusion plasmas and propagation of electromagnetic waves in disordered media

Se realizarán investigaciones en varias áreas de interés para el desarrollo de la fusión nuclear controlada y para la comprensión de los efectos del desorden sobre la propagación de ondas electromagnéticas. Esto incluye:1- Efecto de las perturbaciones electromagnéticas producidas por inestabilidades sobre el confinamiento de partículas energéticas.2- Control de los perfiles cinéticos y magnéticos del plasma.3- Equilibrio, estabilidad y sostenimiento de configuraciones tipo tokamak esférico con columna central de plasma.4- Propagación de ondas electromagnéticas en medios desordenados.Research on various areas of interest for the development of controlled nuclear fusion and for understanding the effects of disorder on the propagation of electromagnetic waves will be performed. This includes:1- Effect of the electromagnetic perturbations produced by instabilities on the confinement of energetic particles.2- Control of the kinetic and magnetic plasma profiles.3- Equilibrium, stability and sustainment of spherical tokamaks with a plasma central column configurations.4- Propagation of electromagnetic waves in disordered media

Double-helix current drive revisited

The conditions required for efficient current drive in a weakly resistive plasma column, subject to a double helix traveling magnetic field, are examined in detail by using a simple non-linear Ohm's law for the plasma. In agreement with previous numerical work on the subject by Bertram [5], it is shown that field penetration is indeed strongly limited when large external bias longitudinal magnetic fields are used. However, there is a range of small external bias fields that allow for significant penetration when reasonable driving fields are used. This should be of interest for sustaining reversed-field pinches and toroidal screw pinches.867872Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Spherical tokamaks with a high current carrying plasma center column

Spherical tokamaks (STs) have many advantages from the perspective of a fusion reactor. A further improvement would be to replace the center post by a plasma center column (PCC). In this case, biased electrodes could be used to drive current along the PCC and produce the toroidal magnetic field. Moreover, the magnetic helicity injected (HI) by the PCC can be used to form and sustain the configuration, via magnetic relaxation. The magnetic structure and stability of these so-called ST-PCC configurations are studied in detail. In particular, it is shown that stable equilibria with tokamak-like safety factor (q) profiles can be obtained in the regime of high PCC current and moderate poloidal flux amplification. Using numerical simulations, the feasibility of forming and sustaining ST-PCC configurations via HI is demonstrated. The sustainment in this case involves a significant level of fluctuations and is shown to occur at a marginally stable configuration having a q = 1 surface in the ST. This behavior is in close analogy to that of spheromaks sustained by a coaxial plasma gun but presents two major differences. First, the current density in the open flux region (PCC) is significantly larger. Second, the mean current density gradient in the ST has the opposite sign, leading to q profiles with regular magnetic shear (i.e., q increases from the magnetic axis to the separatrix, as in tokamaks). When helicity injection is switched off, the fluctuations decay and nested, closed magnetic surfaces appear. This opens the possibility of using HI to form the ST-PCC and a combination of auxiliary current drive (neutral beams and/or RF) and high bootstrap current to sustain a fluctuation free configuration.Fil: Lampugnani, Leandro Gabriel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Garcia Martinez, Pablo Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Universidad Nacional de Río Negro. Sede Andina; ArgentinaFil: Farengo, Ricardo. Universidad Nacional de Río Negro. Sede Andina; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Effect of the helicity injection rate and the Lundquist number on spheromak sustainment

The dynamics of the magnetic relaxation process during the sustainment of spheromak configurations at different helicity injection rates is studied. The three-dimensional activity is recovered using time-dependent resistive magnetohydrodynamic simulations. A cylindrical flux conserver with concentric electrodes is used to model configurations driven by a magnetized coaxial gun. Magnetic helicity is injected by tangential boundary flows. Different regimes of sustainment are identified and characterized in terms of the safety factor profile. The spatial and temporal behavior of fluctuations is described. The dynamo action is shown to be in close agreement with existing experimental data. These results are relevant to the design and operation of helicity injected devices, as well as to basic understanding of the plasma relaxation mechanism in quasi-steady state.Fil: Garcia Martinez, Pablo Luis. Universidad Nacional de Río Negro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Lampugnani, Leandro Gabriel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Farengo, Ricardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentin

Alpha particles diffusion due to charge changes

Alpha particles diffusion due to charge changes in a magnetized plasma is studied. Analytical calculations and numerical simulations are employed to show that this process can be very important in the pedestal-edge-SOL regions. This is the first study that presents clear evidence of the importance of atomic processes on the diffusion of alpha particles. A simple 1D model that includes inelastic collisions with plasma species, "cold" neutrals, and partially ionized species was employed. The code, which follows the exact particle orbits and includes the effect of inelastic collisions via a Monte Carlo type random process, runs on a graphic processor unit (GPU). The analytical and numerical results show excellent agreement when a uniform background (plasma and cold species) is assumed. The simulations also show that the gradients in the density of the plasma and cold species, which are large and opposite in the edge region, produce an inward flux of alpha particles. Calculations of the alpha particles flux reaching the walls or divertor plates should include these processes.Fil: Clauser, Cesar Fernando. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; ArgentinaFil: Farengo, Ricardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentin

The effect of inelastic collisions on the transport of alpha particles in ITER-like plasmas

The effect of charge changes on the transport of alpha particles in ITER-like plasmas is studied with a numerical code that follows the exact particle trajectories and includes the effect of elastic and inelastic collisions. It is shown that charge changing processes can produce significant changes in the transport of alpha particles in the edge-SOL region. The addition of inelastic collisions actually reduces the alpha particle loss rate below the level obtained when only elastic (Coulomb) collisions are included. This is due to the inward flux produced by the neutral density gradient. Power losses, on the other hand, remain at approximately the same level because the average energy of the lost particles is higher when inelastic collisions are included. Finally, the spatial distribution of the lost particles changes significantly when inelastic collisions are added, with a larger fraction of the lost particles reaching the wall.Fil: Clauser, Cesar Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energí­a Atómica. Gerencia del Area Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Balseiro). División Colisiones Atómicas; ArgentinaFil: Farengo, Ricardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentin

Programa de actividades en fusión nuclear controlada

La fusión nuclear controlada puede constituirse en una de las alternativas más interesantes para la generaciónde energía eléctrica en gran escala. Nuestro país ha alcanzado logros muy significativos en la utilización de lafisión nuclear para la generación de energía eléctrica y no debe quedar al margen del desarrollo de la fusiónnuclear, que posee varias ventajas comparativas. La CNEA, como Institución encargada de la actividad nuclearen el país, debe contar con un programa integral de actividades en fusión nuclear controlada.FARENGO R., GERVASONI J., MAYER R. E.Fil: Farengo, Ricardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Gervasoni, Juana Luisa. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Mayer, Roberto Edmundo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentin