Estudio de la dinámica del transporte turbulento generado por ondas de deriva en plasmas de fusión nuclear

Abstract

RESUMEN: Se ha realizado un estudio sobre el transporte turbulento generado por ondas de deriva en plasmas de fusión nuclear. En la primera parte de este trabajo, se introduce la física básica que involucra a un plasma de fusión nuclear, definiendo las ondas de deriva, y particularizando a un caso concreto de inestabilidad en este tipo de plasmas como es el modelo DTEM (Dissipative Trapped Electron Mode). Se han expuesto los conceptos matemáticos en los que se basa este modelo, donde destacan los desarrollos en serie de Fourier, que facilitan la representación de magnitudes físicas tridimensionales cuando las variables espaciales tienen periodicidad angular. Se hace una breve descripción del proceso de implementación numérica de la ecuación en derivadas parciales que define el modelo DTEM, así como de los resultados obtenidos a partir de las simulaciones numéricas realizadas. Mediante comparación entre los resultados analíticos de la parte lineal del modelo y los resultados numéricos, se comprueba que el código utilizado es lo suficientemente preciso en su parte lineal. A partir de simulaciones de la evolución de las ondas de deriva en diferentes espacios paramétricos, se extraen una serie de conclusiones que podrían ser extrapolables a la dinámica del transporte de partículas en plasmas de fusión en dispositivos de confinamiento reales. Se ha estudiado el cambio en la dinámica del transporte de un plasma sujeto a la desestabilización de modos DTEM en función del peso relativo de la componente difusiva del transporte respecto a la componente turbulenta. Los resultados obtenidos empleando diferentes herramientas estadísticas son compatibles. Finalmente, se ha estimado el coeficiente de difusión efectivo que afecta al transporte radial de partículas en el plasma, y se ha comprobado que en el modelo DTEM, el canal de transporte turbulento es claramente dominante respecto del canal de transporte difusivo.

ABSTRACT: A study about turbulent transport generated by drift waves in nuclear fusion plasmas has been done. In the first part of this work basic nuclear fusion plasma physics is introduced, defining drift waves, particularizing in a specific case of inestability of this type of plasmas as the DTEM (Dissipative Trapped Electron Mode) model. The basic mathematical concepts in which this model is based on have been exposed, pointing out Fourier series development, that make an easier representation of three-dimensional physical magnitudes when spacial variables have angular periodicity. It is exposed a brief description of the numerical implementation process of the partial derivatives equation that defines the DTEM model, as well as results obtained from numerical simulations. Comparing the analitycal and numerical results from linear part, it is proved that the code used is suficiently precise in the linear part. From evolution of drift waves simulations in different parametric spaces, several conclusions that could be extrapolated to the dynamic of the transpor of particles in fusion plasma real confinement dispositives are attained. The change of the dynamic of transport in a plasma under DTEM mode unstability has been studied depending on the relative weight in the diffusive and turbulent components of the transport. The obtained results using different statistical tools are compatible. Eventually, the efective difussion coeficient that affects radial transport of particles in the plasma has been estimated, and it has been checked that in the DTEM model, the turbulent tranport channel is clearly dominant over the diffusive transport channel