Equilibrio magnetohidrodinámico con frontera libre y su aplicación a plasmas de fusión.
El tokamak es un dispositivo toroidal diseñado para confinar magnéticamente un plasma de alta temperatura con el objetivo de obtener energía de la fusión de núcleos livianos, y es considerado el mayor candidato a convertirse en el primer tipo de reactor de fusión nuclear viable. Dentro del plasma, l...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/824/1/1Perez_Winter.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El tokamak es un dispositivo toroidal diseñado para confinar magnéticamente un plasma de alta temperatura con el objetivo de obtener energía de la fusión de núcleos livianos, y es considerado el mayor candidato a convertirse en el primer tipo de reactor de fusión nuclear viable. Dentro del plasma, las líneas de campo magnético forman superficies magnéticas cerradas, que pueden ser identificadas por su cantidad de flujo magnético. En este sentido, la ecuación de Grad-Shafranov permite calcular la posición de estas superficies junto con su cantidad de flujo magnético poloidal en la condición de equilibrio de fuerzas magnetohidrodinámico (MHD). Esta última es una ecuación elíptica de segundo orden en general no lineal. En esta tesis estudiamos la solución de la ecuación de Grad-Shafranov que determina el equilibrio MHD como problema de frontera libre, es decir, en el caso en que la forma y posición de la separatriz del plasma resultan de la interacción entre las corrientes que por éste circulan y las corrientes que circulan por las bobina externas del tokamak. La organización del trabajo es la siguiente. En el Capítulo 1 introducimos algunos conceptos de fusión nuclear y presentamos a los reactores tipo Tokamak. Luego, en el Capítulo 2, describimos el modelo MHD para la dinámica macroscópica de un
plasma magnetizado, e introducimos la ecuación de Grad-Shafranov para equilibrios axisimétricos.
En particular, se describen las dos formulaciones más comunes del problema del equilibrio: el problema de frontera fija y el problema de frontera libre. El problema de frontera libre presenta a su vez dos variantes: el problema directo y el problema inverso.
En el Capítulo 3 se desarrollan y validan métodos numéricos para resolver el problema inverso de frontera libre. Finalmente, en el Capítulo 4, se presenta un método iterativo para resolver el problema directo de frontera libre. Como los esquemas de resolución de
este problema sufren en general de una inestabilidad vertical, se describe y valida un método de estabilización y de calibración. El esquema estabilizado y calibrado se utiliza para estudiar equilibrios elongados con alta presión en el plasma. |
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