Encendido de plasmas en Stellarators mediante calentamiento electrónico ciclotrónico en segundo armónico

La generación de un plasma en un dispositivo de confinamiento magnético de tipo stellarator, mediante calentamiento por resonancia electrónica (ECRH) en segundo armónico, es el tema central de esta tesis doctoral. El resultado fundamental del trabajo es un modelo de encendido que, dadas unas condiciones de presion inicial y potencia inyectada, reproduce la cascada de ionización del gas neutro inyectado y confirma la responsabilidad de las interacciones no lineales - producidas entre los electrones profundamente atrapados en alguno de los pozos magnéticos del dispositivo de confinamiento y una onda electromagnética propagándose a una frecuencia correspondiente a dos veces la frecuencia de Larmor - en la creación de un plasma de hidrógeno en un stellarator. Con este modelo, podemos plantear un sistema no lineal de ecuaciones de balance acopladas, cuya resolución numérica, mediante un código programado expresamente al efecto, permite conocer la evolución temporal de las densidades de todas las especies implicadas. La discretización del espacio de energía de los electrones, y la consideración de los principales procesos de física atómica y molecular implicados, permite tener en cuenta el balance detallado de energía. Debido a que, gracias a la discretización, electrones de distinta energía son considerados como especies distintas, uno de los resultados de la simulación es la evolución de la función de distribución de energía electrónica durante el encendido. La introducción de los procesos de colisión entre electrones mediante un operador obtenido a partir de la ecuación de Fokker-Planck, demuestra ser absolutamente necesaria para conseguir una evolución realista de dicha función y una descripción correcta del balance de energía. El cálculo aproximado del campo eléctrico inicial, producido por la dispersión del haz de microondas al entrar en el interior del dispositivo, necesario para determinar los parámetros de la interacciones no lineales, es también un resultado relevante del trabajo. El método usado para su determinación es más intuitivo y mejora sustancialmente el empleado en trabajos anteriores. La caracterización, tanto teórica como experimental, del encendido, se hace mediante el ritmo de crecimiento inicial de las especies consideradas y el tiempo de encendido, determinado por la posición del máximo de la emisión de la línea a del espectro de emisión del hidrógeno respecto del inicio del pulso de ECRH. Ambas magnitudes son un resultado directo del modelo y pueden medirse con relativa facilidad. La comparación preliminar con la realidad experimental del stellarator TJ-II indica un acuerdo razonablemente buen

Overview of recent TJ-II stellarator results

The main results obtained in the TJ-II stellarator in the last two years are reported. The most important topics investigated have been modelling and validation of impurity transport, validation of gyrokinetic simulations, turbulence characterisation, effect of magnetic configuration on transport, fuelling with pellet injection, fast particles and liquid metal plasma facing components. As regards impurity transport research, a number of working lines exploring several recently discovered effects have been developed: the effect of tangential drifts on stellarator neoclassical transport, the impurity flux driven by electric fields tangent to magnetic surfaces and attempts of experimental validation with Doppler reflectometry of the variation of the radial electric field on the flux surface. Concerning gyrokinetic simulations, two validation activities have been performed, the comparison with measurements of zonal flow relaxation in pellet-induced fast transients and the comparison with experimental poloidal variation of fluctuations amplitude. The impact of radial electric fields on turbulence spreading in the edge and scrape-off layer has been also experimentally characterized using a 2D Langmuir probe array. Another remarkable piece of work has been the investigation of the radial propagation of small temperature perturbations using transfer entropy. Research on the physics and modelling of plasma core fuelling with pellet and tracer-encapsulated solid-pellet injection has produced also relevant results. Neutral beam injection driven Alfvénic activity and its possible control by electron cyclotron current drive has been examined as well in TJ-II. Finally, recent results on alternative plasma facing components based on liquid metals are also presented.ISSN:0029-5515ISSN:1741-432