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Dissertação

{en_GB=Effects of Shear Flow on the Stability of Tokamak Plasmas} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Plasmas de fusão confinados magneticamente em maquinas tokamak apresentam-se como a solução mais promissora para atingir um reactor de fusão nuclear operacional. Infelizmente, a eficiência e o confinamento do plasma estão limitados por alguns eventos que, quando não mitigados, levam à disrupção do plasma. Nesta tese, um desses eventos é estudado: modos tearing resistivos. Após a revisão de artigos relevantes para a dinâmica dos modos, o efeito do gradiente de velocidade na estabilidade do modo é investigado na evolução linear, com particular atenção para o cenário marginal da estabilidade. Para esta investigação, foi dada continuação ao desenvolvimento de um código numérico, posteriormente usado para obter resultados. Gradientes de velocidade apresentam um efeito estabilizador e destabilizador, dependente do razão entre o canal do gradiente de velocidade e o canal de corrente. Abaixo de um limite para o razão que depende do número de Prandtl, o gradiente de velocidade é estabilizador e acima do limite, é destabilizador. Para além disto, o efeito estabilizador/destabilizador é mais notório nos dois limites: plasma nada viscoso e muito viscoso. Os resultados sugerem que um gradiente de velocidade tem um efeito destabilizador na física da camada exterior e um efeito estabilizador na camada interior. Para modos marginalmente estáveis, um crescimento positivo do modo não foi observado, quando efeitos destabilizadores do gradiente de velocidade são considerados, levando à conclusão que a condição $\Delta' > 0$ para o crescimento do modo se mantém., en=Magnetically confined fusion plasmas in devices such as the tokamak are widely accepted to be the most advanced concept towards a future fusion power plant. However, plasma confinement and performance may be challenged by some events that, when not mitigated, may eventually lead to the disruption of the plasma discharge. In this thesis, one such events, the tearing instability, is addressed. After reviewing some of the most relevant literature on the dynamics associated to the mode, the effect of sheared plasma flow on the stability of the mode is investigated in the linear evolution, with particular insight on the marginal tearing stability scenario. For this investigation, a numerical simulation code was further developed to obtain the results. Shear flow was found to have a stabilizing and destabilizing effect depending on the ratio of shear layer width to the current layer width. Below a certain threshold that depends on the Prandtl number, shear flow is stabilizing and above the threshold, the opposite is observed. Furthermore, the stabilizing/destabilizing effect is much more notorious in the two limiting cases: inviscid and strongly viscous regimes. The results suggest that shear flow has a destabilizing effect in the outer layer and a stabilizing effect on the inner layer. Marginally stable modes did not achieve a positive growth in the presence of shear flow (when shear is destabilizing), thus the condition $\Delta' > 0$ for growing modes is preserved.}
Keywords: {pt=Tokamak, Equações Reduzidas MHD, Modos Resistivos, Gardiente de Velocidade, en=Tokamak, Reduced MHD, Tearing mode, Shear Flow}

Discussão: maio 28, 2018, 9:0