FUSION TERMONUCLEAR

Autor: PORTUGUES GONZALEZ RAFAEL FERNANDO.
Año: 2003.
Universidad: CASTILLA-LA MANCHA.
Centro de lectura: E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES DE CIUDAD REAL.
Centro de realización: E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES DE CIUDAD REAL.

Resumen: LA FUSION NUCLEAR ES UNA FUENTE DE ENERGIA QUE, DE PODER REALIZARSE DE MODO CONTROLADO SOBRE LA TIERRA, SOLUCIONARA LOS PROBLEMAS ENERGETICOS DE LA HUMANIDAD AL SER LIMIA, PRACTICAMENTE INAGOTABLE Y SEGURA. EXISTEN DOS MODOS DE LLEVAR A CABO LA FUSION: UNO ES LA DENOMINADA FUSION POR CONFINAMIENTO MAGNETICO (FCM) Y EL OTRO LA FUSION POR CONFINAMIENTO INERCIAL (FCI). LA FCI, MAS SIMPLE, QUE LA FCM, SE ESPERA CULMINE EN UN FUTURO MAS O MENOS INMEDIATO CON LA DEMOSTRACION DE LA FACTIBILIDAD CIENTIFICA DE LA FUSION. UNO DE LOS PRINCIPALES INCONVENIENTES QUE PLANTEA LA FCI SE DERIVA DEL HECHO DE QUE ES UN PROCESO INHERENTEMENTE INESTABLE. EN CONCRETO, ESTA AFECTADA POR DOS INESTABILIDADES DIFERENTES, A SABER, LA INESTABILIDAD DE RAYLEIGH-TAYLOR Y LA INESTABILIDAD DE RITCHMYER-MESHKOV. EL CONTROL DE ESTAS INESTABILIDADES ES CRITICO, NO SOLO DE CARA A LA REDUCCION DE LA ENERGIA MINIMA (DE POR SI ENORME), REQUERIDA PARA LLEVAR A CABO ESTOS PROCESOS, SINO TAMBIEN DE CARA A SU FACTIBILIDAD MISMA, YA QUE SI NO SE CONTROLAN ADECUADAMENTE PUEDEN CONDUCIR INCLUSO A UNA INDESEABLE DESTRUCCION DEL BLANCO, COMO CONSECUENCIA DE LAS FLUCTUACIONES QUE DE FORMA NATURAL AFECTAN AL SISTEMA (RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE DEL PISTON, ASIMETRIA DE LA IRRADIACION, ETC) EN CONCRETO, LA INESTABILIDAD DE RAYLEIGH-TAYLOR ESTA SIENDO OBJETO, EN LOS ULTIMOS AÑOS, DE INTENSOS ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE SIMULACIONES NUMERICAS Y DE ESTUDIOS TEORICOS. ESTOS ULTIMOS RESULTAN DE GRAN INTERES DEBIDO A QUE INTENTAN QUEDARSE CON LA FISICA ESENCIAL DE LOS PROCESOS, SIRVIENDO DE COMPLEMENTO Y APOYO TANTO A LOS EXPERIMENTOS COMO A LAS SIMULACIONES. CON EL FIN DE SUPERAR LA COMPLEJIDAD Y LA FALTA DE GENERALIDAD DE LA MAYORIA DE LOS ESTUDIOS TEORICOS, SURGIERON LOS DENOMINADOS MODELOS ANALITICOS RELATIVAMENTE SIMPLES. LOS PRIMEROS INTENTOS EN ESTE SENTIDO DATAN DE 1974 Y A LO LARGO DE LAS DOS DECADAS SIGUIENTES NO FUE POSIBLE OBTENER NINGUN RESULTADO SATISFACTORIO HASTA FQUE, EN 1996, A.R. PIRIZ, J. SANZ Y L.F. IBAÑEZ INCLUYEN POR PRIMERA VEZ EN LOS MISMOS LA CONOCIDA CONDICION DEL FRENTE DE SER UNA ISOTERMA, INDEPENDIENTEMENTE DE LAS ALTERACIONES QUE SUFRA A CONSECUENCIA DE LAS PERTURBACIONES. LA INCLUSION DE ESTA CONDICION DE CONTORNO PERMITIO UN RAPIDO AVANCE DE ESTE TIPO DE MODELOS SIMPLIFICADOS, LLEVANDO A A.R. PIRIZ EN 2001 A CONSTRUIR UN MODELO ANALITICO PARA EL ESTUDIO DE LA INESTABILIDAD LINEAL DE RAYLEIGT-TAYLOR. DICHO MODELO ESTA FUNDAMENTADO EN UN ANALISIS LINEAL BASADO EN MODOS NORMALES Y ES VALIDO PARA EL CASO EN EL CUAL LA LONGITUD DE ONDA DE LAS PERTURBACIONES ES MENOR QUE LA DISTANCIA CRITICA yCR DE SEPARACION ENTRE LAS SUPERFICIES DE ABLACION Y CRITICA (KYCR>1). POCO DESPUES EL MISMO MEJORO ESTE MODELO, HACIENDO QUE TUVIERA EN CUENTA ASI MISMO LOS EFECTOS DE LA COMPRENSIBILIDAD DEL FLUIDO DEL LPLASMA DE LA CORONA. A LO LARGO DE LA PRESENTE TESIS DOCTORAL SE HA REALIZADO LA EXTENSION DEL MODELO A LAS QUE HEMOS DENOMINADO "CONDICIONES DE LLAMA", PUESTO QUE SON LAS CONDICIONES QUE, DE DARSE EN UN FRENTE DE ABLACION PUEDEN HACER SURGIR EN EL MISMO UN COMPORTAMIENTO ANALOGO AL DE UNA LLAMA HACIENDO QUE EL MENCIONADO FRENTE DE ABLACION ESTE AFECTADO POR LA INESTABILIDAD DE LANDAU-DARRIEUS, TIPICA DE LLAMAS. ESTAS CONDICIONES DE LLAMA INCLUYEN AUSENCIA DE GRAVEDAD (O INCLUSO GRAVEDAD NEGATIVA), PERTURBACIONES DE LONGITUDES DE ONDA MAYORES QUE LA DISTANCIA CRITICA (KYC

Autor: LEON LOPEZ PABLO TEOFILO.
Año: 2003.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: E.T.S.I. INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S.I. INDUSTRIALES.

Resumen: En la fusión por confinamiento inercial, donde se generan plasmas de alta densidad y temperatura durante un corto intervalo de tiempo, una de las tecnologías más utilizadas es la denominada "de punto caliente", o "Hot Spark." En la misma, independientemente de seguir un modelo isóbaro o isócoro, durante la etapa de compresión se genera una región a mayor temperatura en el plasma, desde donde se lanza la onda de fusión al resto del plasma a alta densidad pero a menor temperatura. La generación de esta región durante la etapa de compresión supone la aparición de problemas de inestabilidades, y dificultades para obtener altas ganancias. En los últimos años, para paliar los problemas asociados a esta técnica, se ideó un método para obtener ignición, donde se separan la etapa de compresión de la etapa de generación del punto caliente. Esta nueva técnica se denomina de "ignición rápida", y su principal característica es dividir la ignición en dos etapas. La primera, la etapa de compresión, donde se pretende obtener altas densidades mediante una compresión lo más isentrópica posible, sin la necesidad de generar un punto caliente en el blanco. Una vez comprimido, y en una segunda etapa, se ilumina el blanco con un haz de energía, para calentar una región del blanco denominada ignitor, y desde ésta lanzar la onda de fusión al resto del plasma precomprimido. Los métodos de calentamiento estudiados son varios (electrones, iones ligeros, jets de plamas, iones pesados, etc.) La principal ventaja de este método consiste en que al poder optimizar la etapa de compresión, minimizando la energía necesaria para elevar el blanco a altas densidades, aumenta considerablemente la ganancia, minimizando los problemas asociados a la generación de un punto caliente en la etapa de compresión. En el caso de alcanzar altas densidades y bajas temperaturas mediante la técnica de ignición rápida, puede darse el caso de que los electrones del plasmas se encuentren degenerados. Las ecuaciones que gobiernan este tipo de plasmas son completamente diferentes a las utilizadas en plasmas convencionales. En la tesis, se han desarrollado las ecuaciones que definen el comportamiento de este tipo de plasmas, y se ha desarrollado un programa que permite obtener las condiciones de ignición y la ganancia obtenidas por la técnica de ignición rápida en la fusión de plasmas inicialmente degenerados.

Autor: VELARDE MAYOL MARTA.
Año: 2003.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: E.T.S.I. INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S.I. INDUSTRIALES.

Resumen: Esta tesis pretende cubrir el hueco que presentan los estudios actuales acerca del tritio elemental; dichos estudios sólo han incluido hasta la fecha resultados para agua tritiada. El desarrollo se ha realizado en el contexto de la Fusión por Confinamiento Inercial en el Programa de seguimiento de la Unión Europea/Euratom, y del proyecto ITER de Fusión por Confinamiento Magnético bajo los auspicios del EFDA de Euratom/Unión Europea. Los datos de términos fuente emitidos a la atmósfera en los diseños de reactores de fusión actuales indican que el tritio elemental (HT) supera en algunos casos en un orden de magnitud a la posible liberación de vapor de agua tritiada (HTO). Por esta razón se ha hecho imprescindible el análisis y valoración de la dosis crónica de este gran desconocido. Sobre esta base se analizó, desarrolló y elaboró esta tesis. El comportamiento en el medio del tritio, en sus dos formas químicas más comunes: HT y HTO, es bien distinto. El comportamiento del tritio se debe simular desde dos planos bien diferenciados, el primero son los cálculos deterministas que se basan en un supuesto estado fijo meteorológico estableciendo ''a priori'' cuales son los parámetros. El segundo tipo de estudio está basado en análisis reales meteorológicos medidos cada hora. Estos segundos estudios proporcionan la dinámica fundamental de los procesos que en algunos casos se alejan del peor de los supuestos deterministas. Por esta razón se hace imprescindible un estudio detallado de cada elemento climatológico que modifica la concentración esperada de HT en el medio terrestre. La segunda fase o fase secundaria comienza una vez que se produce el empobrecimiento de la concentración de tritio en la pluma primaria y el tritio se deposita en el suelo y en las hojas de los vegetales. En el estudio de esta fase se han obtenido varias conclusiones importantes. Primeramente habría que destacar que la deposición húmeda, más eficaz en cuanto a la cantidad de tritio depositado en el suelo, afecta al tritio soluble, HTO, pero muy poco al HT. Esta baja solubilidad del tritio elemental provoca que los niveles depositados en estados climatológicos de precipitación afecten principalmente al HTO. Pero en situaciones donde no se producen lluvias, deposición seca, la velocidad de deposición es fundamental en la cantidad de tritio depositado en el suelo. Los resultados obtenidos demuestran la gran importancia de este parámetro que hasta la fecha se fijaba ''a priori''. En esta tesis se propone un modelo basado en resultados experimentales. Los cálculos de la cantidad de tritio depositado se dan para cada situación climatológica. Finalmente hay que resaltar que el medio preferente de la pluma tritiada es la deposición en el suelo y vegetales, cuya concentración dependerá de la velocidad de deposición. Una vez que el tritio elemental se ha depositado en el suelo puede oxidarse por acción microbiana de las enzimas del propio suelo, mientras que otra parte del tritio (en su forma oxidada) puede volver a la atmósfera. Este proceso, que denominaremos re-emisión, es importantísimo en el desarrollo de esta tesis ya que siempre se ha considerado que el tritio inhalado es de la forma HTO cuando en realidad parte de ese recuento es debido al HT convertido a HTO y re-emitido a la atmósfera. Los resultados de los análisis medidos en emisiones a la atmósfera, en las pruebas que se realizaron en Canadá y Francia fueron fundamentales para tener en cuenta este proceso de re-emisión en la tesis. Todos los cálculos se han realizado también para el HTO y demuestran que el HT contribuye altamente a la dosis por inhalación debido casi exclusivamente a los procesos de re-emisión. Para el diseño de la penetración del tritio elemental en el subsuelo se ha elaborado un esquema que subdivide en capas al mismo. Solo se tuvieron en cuenta 3 niveles de subsuelo entre los límites de 0 a 30 cm. Los resultados aportan un dato revelador: el HT puede penetrar en el subsuelo tanto como el HTO y por tanto incorporarse al sistema de raíces de forma activa. Los condicionantes para la penetración del tritio son la porosidad según el tipo de suelo y sobre todo el tritio depositado en el nivel superior del suelo que depende de la velocidad de deposición. Dentro de la fase secundaria se ha tratado también en esta tesis la conversión del tritio incorporado a los vegetales o animales a tritio orgánico. Esta parte de la tesis ha precisado de un banco de datos experimentales importante que corrobore los resultados obtenidos teóricamente mediante la simulación computacional. Todo el desarrollo se ha basado en considerar resultados obtenidos en el laboratorio o con animales, plantas o incluso personas, todos ellos recogidos a lo largo del tiempo. El resultado más revelador es que los vegetales son los que más fácilmente pueden convertir este tritio incorporado a tritio orgánico. Pero quizás lo más sorprendente es que las semillas pueden almacenar significativamente este tritio orgánico y que se encuentre en ellas tritio después de transcurrido un año. La mayoría de los vegetales presentan altas concentraciones de tritio en las primeras semanas, pero una vez que envejece el vegetal casi todo el tritio se ha eliminado. Finalmente, hay que indicar que la forma de tritio que puede permanecer largo tiempo en los organismos es el tritio no soluble, es decir el tritio orgánico u OBT. Finalmente, se ha realizado un análisis dosimétrico de la posible contaminación por todas las vías: inhalación, re-emisión e ingestión. Como cabía esperar las dosis por ingestión son importantes cuando el tritio se incorpora a los vegetales en desarrollo pero no en las épocas fuera de este tiempo de crecimiento vegetal. Hay que destacar que las dosis determinadas en caso del tritio elemental quedan muy disminuidas en comparación con los resultados de la concentración incorporada a los vegetales y animales. Esto se debe a que los Factores de Conversión a Dosis son cuatro órdenes de magnitud inferior que los recomendados en las guías reguladoras para el HTO.

Autor: TEMPORAL MAURO.
Año: 2003.
Universidad: CASTILLA-LA MANCHA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES (CIUDAD REAL).

Resumen: El presente trabajo de tesis trata dos aspectos relevantes de la ignición de una cápsula para Fusión por confinamiento Inercial. La imposición e ignición del combustible termonuclear de DT en el caso en que el blanco sea irradiado directamente con haces Láser implica una gran uniformidad en la deposición de energía. Las inevitables no uniformidades generadas en la irradiación inducen inestabilidades hidrodinámicas tanto en el frente de ablación como también en la superficie externa del combustible comprimido a altas densidades y temperaturas. El control de estas inestabilidades es fundamental para el éxito de los así llamados esquemas de ignición central. En la tesis se ha estudiado la evolución de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor tanto en un blanco por irradiación directa como en uno por irradiación indirecta. Los resultados han puesto en evidencia que la tasa de crecimiento de la instabilidad en la superficie del hot-spot es menor de la prevista por la formula de Takabe, de modo que el blanco resulta ser un poco más robusto que lo que se pensaba. Además se encuentra que solo añadiendo un tercer termino, constante, a la formula de Takabe se consigue ajustar los datos numéricos. Se ha analizado también el problema de la ignición rápida inducida por un haz de protones. En este caso no nos hemos interesado por los problemas de la uniformidad en la comprensión del combustible nuclear puesto que no se intentaba alcanzar los valores de densidad y temperatura correspondientes a la ignición. Se ha modelizado un haz de protones con una distribución maxwelliana o exponencial en energía y se ha buscado la mínima energía de ignición en función de la distancia fuente-cápsula. Se han encontrado valores de energía un poco mayores con respecto a los pedichos en otros estudios mucho más idealizados. Se ha puesto también en evidencia el papel fundamental del efecto de alargamiento del alcance con el aumento de la temperatura del blanco como también el efecto cinético de dispersión de la potencia al aumentar la distancia fuente-cápsula. Para terminar se pone evidencia también que se ha etudiado casos en que se considera una cápsula cónica con las cuales es posible disminuir considerablemente la distancia fuente-blanco, disminuyendo la energía mínima de ignición paro manteniendo altos valores de ganancia con una inversión energética mucho menor en la fase de compresión.

Autor: CHARRO CUBERO MARIO.
Año: 2002.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: INGENIEROS AERONÁUTICOS.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AERONÁUTICOS.

Resumen: Se realiza un análisis colisional de la corriente electrónica recogida por una sonda simple en el seno de un plasma infinito, completamente ionizado, en presencia de un campo magnético fuerte, utilizando las ecuaciones del transporte. Un aspecto, hasta ahora ignorado, es tenido en cuenta: la posibilidad de que exista calentamiento o enfriamiento de los electrones y qué afecto tiene esto sobre la corriente recogida por la sonda. Se llega a una solución del sistema de ecuaciones macroscópicas con coeficiente de transporte clásico, que es completamente consistente en cierto dominio paramétrico, estrechándose este dominio cuando se considera que el transporte transversal es anómalo. Dentro de este margen la validez hay un régimen en el que el intercambio energético ion-electrón y no la difusión térmica, se encarga de que los electrones sean isotermos. Es bien conocido, que un máximo de potencial que aprecen las aproximidades de la sonda, hace que los iones sigan una ley de Boltzmann a potenciales de polarización negativos y extiende a potenciales de polarización ligeramente positivos el régimen de retardo de los electrones. Con potenciales de polarización negativos, se origina un enfriamiento de los electrones del plasma, mas allá de la vaina de Debye que hace que en la curva característica de sondas, cóncava hace abajo cuando se ignoran los efectos térmicos, aparezca una zona con una concavidad hacia arriba, que se aparece en cierto modo a la que se obtiene para un plasma con dos temperaturas electrónicas. Esta concavidad hacia arriba se forma en torno a cierto potencial de polarización para el cual el enfriamiento de los electrones es mínimo. En definitiva, el enfriamiento de los electrones origina una reducción de corriente que además, es mas fuerte, cuando más inhibido está el flujo transversal.

Autor: ESTEBAN ALCALÁ GUSTAVO ADOLFO.
Año: 2001.
Universidad: PAIS VASCO.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS.

Resumen: La caracterización de la cinética de transporte de los isótopos del hidrógeno en materiales de interés para la tecnología de los reactores de fusión es necesaria para la realización de un diseño de cualquier futuro reactor de fusión conforme con una gestión del combustible tritio eficiente. Se han utilizado las técnicas experimentales de evolución de gas de Desorción Isovolumétrica y de Permeación del Centro Común de Investigaciones (JRC-Ispra) para analizar diferentes materiales aplicados en distintos ámbitos de la planta de fusión; abarcando desde el material estructural clásico de la envoltura regeneradora (acero martensítico OPTIFER-IVb), pasando por el material usado en el sistema divertor con componentes de alto flujo (tungsteno) y un material estructural aislante eléctrico avanzado (composite cerámico SiCf/SiC tridimensional), para finalmente ensayar un material de aplicación en el generador de vapor externo (aleación FeCrNi INCOLOY 800). En el estudio de estos materiales se han obtenido los parámetros de transporte de los isótopos de hidrógeno, tanto los correspondientes a un régimen de transporte difusivo (difusividad, solubilidad/constante de Sieverts, permeabilidad, constantes de "trapping"), como a uno superficial (constantes de adsorción y recombinación). Se presentan sendos estudios teóricos que intentan resolver incertidumbres asociadas a efectos isotópicos y a la posibilidad de nucleación de burbujas de helio en el metal líquido tritigénico. A través de los parámetros experimentales anteriores se realiza un cálculo de aplicación de la gestión del tritio en diferentes componentes del reactor, como son dos opciones de envultura tritigénica (A-DC y TAURO), blanco vertical de un divertor y un generador de vapor/DEMO.

Autor: ALBAJAR VIÑAS FERRAN.
Año: 2000.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.

Autor: FONTANET SAEZ JOAN.
Año: 2000.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.

Resumen: Ante el importante aumento de demanda de energía eléctrica que se prevé en los próximos años, la fusión termo nuclear aparece como una nueva fuente de energía con múltiples ventajas, entre las que destaca su limitado impacto ambiental, su mayor seguridad y la abundancia de los combustibles. En el estudio de la fusión por confinamietno magnético es crucial conocer con detalle las condicioens físicas del plasma confiando. En este sentido los códigos de simulación son una herramienta muy útil para interpretar las propiedades del plasma. A lo largo de esta tesis se ha estudiado las propiedades del plasma de tokamaks y stellarators y se ha contribuido al desarrollo del código de transporte PRETOR, creado en el JET. Estos estudios se han realizado dentro de la colaboración existente entre el DFEN de la UPC y el Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT. El código PRETOR permite simular la variación radial y la evolución temporal de las principales magnitudes físcias que caracterizan un plasma de fusión. Para valorar la bondad de los modelos implementados en el código y determinar la corrección de sus resultados los resultados de la simulación de las magnitudes más relevantes de diversas descargas se comparan con los datos experimentales. De esta comparación se deduce que las magnitudes simuladas presentan un buen acuerdo con los datos experimentales aunque debe destacarse que los errores experimentales son bastante grandes y no siempre están disponibles. En el desarrollo de esta tesis también se ha aplicado el código PRETOR para el estudio de la parada de emergencia del ITER-DDR, con 1500 MW de potencia de fusión funcionando en un estado estacionario en ignición. Se ha estudiado con detalle la evolución del plasma durante una parada implementada mediante la interrupción del suminsitro de combustible. Este método se muestra efectivo para reducir la potencia de fusión en unas decenas de segundos evitando una discupción del plasma en todo el escenario. Se han realilzado diversas modificaciones en el código para hacerlo más versátil y adaptarlo a las necesidades específicas que hani do surgiendo. La modificación más destacada es la incorporación a PRETOR de una rutina más elaborada que la inicialmente implementada en el código para el cálculo de la adeposición de potencia adicional por inyección de haces neutros. En los últimos años la investigación de stellarators ha adquirido una creciente importancia debido a las ventajas que presentan este tipo de dispositivos desde el punto de vista de comercial. Además hay que destacar que el programa de fusión por confinamiento magnético español se centra en el Heliac Flexible TJ-II de la asociación EURATOM-CIEMAT. Por estos motivos y para disponer de un código que sea capaz de simular descargas de stellarators, PRETOR ha sido modificado de forma substancial para crear la versión PRETOR-Stellarator. Esta modificación del código presenta un aspecto inédito de la tesis en el ámbito internacional. Los módulos que han sido adaptados afectan a la configuración magnética, al transporte de enrgía y partículas y a la geometría del plasma. Una vez modificado el código, éste se ha aplicado al análisis del plasma de Heliac Flexible TJ-II. El objetivo de este estudio es comprobar que las modificaciones introducidas en PRETOR permiten simular correctametne descargas de stellarators. Los resultados obtendios con PRETOR se comparan con los obtendios con el código PROCT, un código utilizado en el CIEMAT para el estudio del TJ-II y otros stellarators, para comprobar las diferencias entre ambos códigos. Los resultados demuestran que los perfiles de temperatura se reproducen correctamente, estos resultados son similares a los obtenidos con PROCTR. Los valores experimentales de la potencia radiada y de la energía almancenada en el plasma han sido satisfactoriamente predichso mediante la simulación de PRETOR-Stellarator. El camino abierto por esta tesis permitirá ahondar en el estudio del plasma del heliac flexible TJ-II el código está disponible para utilizrse en este dispositivo e incorporar nuevas modificaciones para adaptarlo a las necesidades que vayan apareciendo.

Autor: GIL DE LA FE JUAN MIGUEL.
Año: 2000.
Universidad: LAS PALMAS DE GRAN CANARIA.
Centro de lectura: CIENCIAS DEL MAR .
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS DEL MAR.

Resumen: El objetivo fundamental de esta Tesis es proponer una expresion analitica para el potencial de interaccion de un electron ligado con el resto de particulas de ion y con el resto de particulas del plasma (otros iones y electrones libres), denominado potencial efectivo. Tambien se pretende que dicho potencial sea contruido como una correccion al potencial efectivo correspondiente al atomo o ion aislado. Los efectos del plasma se han incorporado considerando la distribucion de Boltzmann para densidad de particulas del plasma y considerando la autointeraccion del electron optico con el plasma, lo que da lugar a un potencial no aislado con un comportamiento coulombiano a largas distancias del nucleo. Este potencial permite, ademas de introducir los efectos del plasma en las propiedades atomicas, calcular las funciones de partición de manera que las magnitudes termodinamicas que se derivan de esta no presentan discontinuidades, al contrario de lo que sucede con otros potenciales efectivos que contemplan los efectos del plasma. Al disponer de un potencial analitico se evita el preceso iterativo en la construccion del potencial, caracteristico de los metodos autoconsistentes, y se logra una reduccion en el tiempo de calculo de las propiedades atomicas y magnitudes tales como las abundancias de las diferentes especies ionicas o de las opacidades de los plasmas. Esto permite considerar un mayor numero de configuraciones excitadas con las que modelar los iones presentes en el plasma.

Autor: BRAÑAS LASALA BEATRIZ.
Año: 1999.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES.

Resumen: El conocimiento de la turbulencia existente en plasmas calientes, necesarios para obtener energia mediante reacciones de fusión nuclear, tiene gran interés, pues limita el confinamiento de estos plasmas. En este trabajo de investigación se analiza la capacidad del diagnóstico de reflectometría de microondas para medir fluctuaciones de densidad en plasmas confinados magnéticamente. Para ello se han realizado medias con un reflectómetro bicanal con detección homodina en el tokamak TJ-1(Madrid) y con un reflectómetro con detección heterodina en el stellarator Wendelstein 7-AS (Garching, Alemania) así como simulaciones numéricas. Se concluye que, en la mayor parte de los plasmas estudiados, la interpretación unidimensional del diagnóstico es insuficiente, pues la medida se ve afectada por la estructura espacial de la turbulencia en dirección transversal el haz de micrrondas. Una consecuencia directa de la existencia de esta estructura es el fenómeno denominado "deriva de fase", que se estudia en detalle mediante experimentos especialmente diseñados y simulaciones, dilucidando sus causas. De las simulaciones se deducen unos criterios para distinguir cuando la interpretación simple unidimensional de las medidas es válida. Por último, en los casos en que es posible, se cuantifica el nivel de turbulencia de densidad así como su composición espectral en los plasmas de Wendelstein 7-AS.

Autor: SANCHEZ NIETO MANUEL.
Año: 1999.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ETSI INDUSTRIALES DE LA UCLM.

Resumen: La Fusión por Confinamiento Inercial es actualmente la liene más prometedora para la demostración de la factibilidad cientifica de la Fusion Termonuclear Controlada. La ignición es la que en la última instancia determina la energia mínima requerida para realizar la fusión y en consecuencia, el coste y dimensiones tanto de las instalaciones experimentales como las de un futuro reactor para la producción comercial de energia. Se ha construido una teoria consistente capaz de describir la fisica de la ignición central, permitiendo interpretar complejas simulaciones numéricas y predecir las condiciones de ignición en un amplio rango de referencia teórico y constituye una herramienta para el diseño de experimentos reales o numéricos. La inición provocada(fast ignition), importante por su potencial capacidad de reducir la energía requerida en ignición en un orden de magnitud respecto a la ignición central, se ha estudiado mediante el desarrollo de un modelo analítico. El modelo proporciona leyes de escala acordes con los resultados numéricos publicados. Los estudios muestran la existencia de dos regímenes de calentamiento del combustible: subsónico o ablativo y supersónico. Esto permite establecer la existencia de un valor optimo del rango de las partículas que minimiza la energía requerida para la ignición con la menor intensidad posible. Dicho valor corresponde a un régimen de calentamiento marginalmente sónico y constituye un parámetro esencial para el diseño de un experimento.

Autor: LÓPEZ BRUNA DANIEL.
Año: 1999.
Universidad: ZARAGOZA.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS.

Resumen: Se describe, analiza y prueba un modelo general de formación de barreras de transporte en dispositivos de fusión por confinamiento magnético. El modelo explica la generalidad del fenómeno de las bifurcaciones a regímenes de confinamiento mejorado como las observadas en numerosos dispositivos de ese tipo. El fenómeno asemeja una transición de fase termodinámica. El modelo reproduce las facetas más generales del proceso y predice soluciones del tipo ciclo límite compatibles con las observaciones experimentales. Sus ingredientes básicos son la definición de un campo escalar relacionado con la envolvente del nivel de fluctuaciones (e.g.de la densidad), que evoluciona en base a sus mecasnismos de crecimiento, saturación y supresión. Este campo es responsable del transporte anómalo. La evolución del transporte anómalo cierra un lazo de retroalimentación entre los perfiles termodinámicos del plasma capaz de dar lugar a la formación de barreras de transporte. La generalidad del modelo permite su implementación en diversos códigos de transporte. Los detalles de los resultados son dependientes del modelo de transporte escogido para analizar los datos. Se realiza un estudio numérico concreto basado en parámetros del tokamak TFTR y se discuten los resultados.

Autor: LUNA GARGANTILLA ELENA DE LA .
Año: 1998.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA.

Resumen: El trabajo de investigación que se presenta en esta memoria se incluye dentro de los esfuerzos que la comunidad internacional está haciendo para definir las técnicas de medida que serán necesarias en la nueva generación de dispositivos de fusión termonuclear. En este contexto se ha desarrollado un nuevo método para medir la distribución espacial de la densidad electrónica del plasma (parámetro clave para el control y operación de cualquier dispositivo de fusión) que consiste en aplicar técnicas de modulación de amplitud a la reflectometría de microondas. Con este método se consigue reducir de forma significativa las perturbaciones que las fluctuaciones de densidad introducen en el análisis de las señales medidas con los reflectómetros clásicos. Se ha utilizado esta nueva técnica para medir el perfil de densidad en dos dispositivos de fusión: el tokamak PBX-M (en el Laboratorio de Física del Plasma, Princeton, E.E.U.U.) y el stellarator W7-AS (en el Instituto Max Planck, Garching, Alemania). Los resultados obtenidos en ambos casos han demostrado que la reflectometría con Modulación de Amplitud es una diagnóstico robusto y fiable. En el caso del tokamak PBX-M el reflectómetro de Amplitud Modulada nos ha permitido abordar el estudio de las modificaciones que experimenta el perfil de densidad en el borde el plasma en dos tipos de experimentos: en la transición entre el modo L (de bajo confinamiento) y el modo H (de alto confinamiento) y en plasmas calentados con ondas de Bernstein iónicas.

Autor: SANCHEZ GONZALEZ EDILBERTO.
Año: 1998.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA.

Resumen: En la memoria presentada se estudian varios aspectos de la estructura de la turbulencia en la región periférica del plasma en dispositivos de fusión nuclear por confinamiento magnético, tanto Tokomak como Stellarator. Se han estudiado las propiedades estadísticas de los flujos de partículas deducidos de las medidas realizadas con sondas de langmuir en el borde del plasma, así como las propiedades estadísticas de las señales de densidad y potencial medidas en esta misma zona. Las funciones de distribución, tanto de los flujos de partículas de origen turbulento, como del potencial y la densidad muestran una desviación sistemática de la normalidad. Se han aplicado técnicas de análisis biespectral al estudio de las fluctuaciones en el borde del plasma revelando la interacción no lineal entre diferentes modos/escalas del espectro. Se ha investigado la influencia de factores como la temperatura del plasma, la calidad del confinamiento o la posición radial de medida, en el grado de interacción no lineal entre modos. Finalmente se ha hecho un estudio de la influencia de la tensión de Reynolds en la rotación poloidal del plasma en varios dispositivos (Tokamak y Stellarator), encontrándose que la tensión de Reynolds parece jugar un importante papel en la rotación poloidal del plasma en la zona del borde, compitiendo con mecanismos como el bombeo magnético y el frenado por interacción con neutros.

Autor: JIMENEZ APARICIO JUAN ANTONIO.
Año: 1998.
Universidad: AUTONOMA DE MADRID.
Centro de lectura: CIENCIAS.

Resumen: Este trabajo se enmarca dentro de los estudios de equilibrio y estabilidad MHD que se realizan para el diseño de dispositivos de fusión por confinamiento magnetico; concretamente la case de dispositivos denominada stellarators. Se han tratado fundamentalmente el problema del equilibrio con frontera libre, el cálculo de equilibrio MHD con un novedoso método basado en redes neuronales; la optimización de diagnósticos magnéticos, su interpretación y por último, el estudio de la estabilidad MHD ideal de los equilibrios mencionados anteriormente..

Autor: ROMERO GONZALEZ JESUS ANTONIO.
Año: 1997.
Universidad: NACIONAL DE EDUCACION A DISTANCIA.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: DEPARTAMENTO DE INFORMATICA Y AUTOMATICA PROGRAMA DE DOCTORADO: AUTOMATICA E INFORMATICA INDUSTRIAL.

Resumen: Se ha diseñado y puesto a prueba un sistema de control del perfil de corriente para el laboratorio europeo de investigación en fusión nuclear Joint European Torus (JET). Este sistema utiliza el voltaje por vuelta para el control de la corriente no inductiva generada por ondas de alta frecuencia (Lower Hybird) y el segundo momento normalizado de la distribución de corriente del plasma para el control de la corriente en la zona excéntrica del mismo. Estos diagnósticos proporcionan medidas y cálculos relativamente sencillos que son adecuados para su utilización en tiempo real. Se han obtenido modelos para la respuesta del voltaje por vuelta y el segundo momento de la distribución de corriente a la entrada de potencia de Lower Hybird, los cuales se han verificado con datos experimentales del JET. Basándose en estos modelos, se han diseñado los sistemas de control del voltaje por vuelta y el segundo momento de forma que se ajusten a un comportamiento prescrito. El voltaje por vuelta se ha controlado al 66% de reducción en descargas de 2.5 MA. El control del segundo momento de la distribución de corriente durante el transitorio de subida de la corriente del plasma ha contribuido a un incremento del 60% en el número de reacciones nucleares de fusión en la fase de calentamiento del mismo.

Autor: VILLAR COLOME JORDI.
Año: 1996.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: FISICA I ENGINYERIA NUCLEAR PROGRAMA DE DOCTORADO: ENGINYERIA NUCLEAR.

Autor: CAL HEUSCH EDUARDO DE LA.
Año: 1993.
Universidad: AUTONOMA DE MADRID.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: FISICA APLICADA PROGRAMA DE DOCTORADO: FISICA APLICADA.

Resumen: EN LOS DISPOSITIVOS DE FUSION TERMONUCLEAR POR CONFINAMIENTO MAGNETICO LA INTERACCION DEL PLASMA CON LA PRIMERA PARED ES ALTAMENTE CRITICA. RECIENTEMENTE LOS MATERIALES CON ELEMENTOS DE BAJO NUMERO ATOMICO ESTAN SIENDO AMPLIAMENTE UTILIZADOS Y LOS REACTORES DE LA SIGUIENTE GENERACION LOS UTILIZARAN. EN EL PRESENTE TRABAJO SE REALIZA UN ESTUDIO ACERCA DE LA DEPOSICION "IN SITU" EN LA CAMARA DE DISPOSITIVOS DE FUSION DE PELICULAS DE CARBONO Y CARBONO/BORO POR DESCOMPOSICION DE LA FASE GASEOSA ASISTIDA POR PLASMA. TAMBIEN SE HA REALIZADO UN ESTUDIO ACERCA DE LA EROSION DE ESTOS RECUBRIMIENTOS POR BOMBARDEO DE IONES ENERGETICOS Y RADICALES REACTIVOS. FINALMENTE SE DA UNA APLICACION AL TOKAMAK TJ-I DE LA DIVISION DE FUSION DEL CIEMAT.

Autor: LOARTE PRIETO ALBERTO.
Año: 1991.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: FISICA ATOMICA MOLECULAR Y NUCLEAR PROGRAMA DE DOCTORADO: FISICA ATOMICA Y ASTROFISICA.

Resumen: SE HA LLEVADO A CABO UN ESTUDIO DE LOS FLUJOS DE ENERGIA Y PARTICULAS EN EL BORDE DEL PLASMA DEL TOKAMAKJET MEDIANTE LAS MEDIDAS CON SONDAS DE LANGMUIR Y DE INFLUJOS DE PARTICULAS CON MEDIDAS ESPECTROSCOPICAS PARA DESCARGAS CON LIMITADORES MECANICOS Y MAGNETICOS (DIVERTORES). EN DESCARGAS CON LIMITADORES MECANICOS SE HA ESTUDIADO EL BALANCE DE ENERGIA ASOCIADO CON LAS PERDIDAS DEL RECICLADO DE LOS ATOMOS DE BERILIO Y EN DESCARGAS CON DIVERTOR SE HA ESTUDIADO EN PROFUNDIDAD LAS RELACIONES DE LA GEOMETRIA MAGNETICA CON LAS MEDIDAS EXPERIMENTALES Y SE HA DESARROLLADO UN METODO PARA DISCRIMINAR LOS EFECTOS GEOMETRICOS DE LOS ASOCIADOS CON EL TRANSPORTE DE ENERGIA Y PARTICULAS EN TOKAMAKS CON DIVERTOR POLOIDAL.

Autor: GAMEZ MEJIAS M. LINAREJOS.
Año: 1990.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: INSTITUTO DE FUSION NUCLEAR (UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID).

Resumen: EL OBJETIVO DE LA TESIS SE CENTRA EN EL DESARROLLO DE UN MODELO ORIGINAL PARA EL CALCULO DE LA DISTRIBUCION DE ESTADOS DE IONIZACION EN UN PLASMA DE FUSION POR CONFINAMIENTO INERCIAL, EN CONDICIONES DE NO-EQUILIBRIO LOCAL TERMODINAMICO CARACTERIZADO POR: 1) RESOLUCION DE LAS ECUACIONES DE BALANCE EN ESTADO ESTACIONARIO Y CON DEPENDENCIA TEMPORAL, CONSIDERANDO LAS DISTINTAS ESPECIES IONICAS TANTO EN SU ESTADO FUNDAMENTAL COMO EN POSIBLE ESTADOS EXCITADOS. 2) ELECCION DE ESPECIES IONICAS Y NUMERO DE ESTADOS EXCITADOS EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE DENSIDAD Y TEMPERATURA DEL PLASMA. 3) TRATAMIENTO DE MEDIOS OPTICAMENTE FINOS Y GRUESOS, UTILIZANDO PARA ESTOS ULTIMOS UNA EVALUACION APROXIMADA DEL CAMPO DE RADIACION EN LA LINEA. 4) CAPACIDAD DE ACOPLAMIENTO A UN MODELO HIDRODINAMICO A TRAVES DE LA TEMPERATURA ELECTRONICA DENSIDAD Y CAMPO DE RADIACION. LAS PRINCIPALES APORTACIONES ORIGINALES SE REFIEREN, EN PRIMER LUGAR, A LA FORMA DE RESOLUCION DE LAS ECUACIONES DE TASA CON DEPENDENCIA TEMPORAL, AL TENER EN CUENTA LA EVOLUCION DE ESTADOS FUNDAMENTALES Y EXCITADOS, FRENTE A LA HIPOTESIS HABITUAL DE RESOLVER LAS ECUACIONES TEMPORALES SOLO DE LOS ESTADOS FUNDAMENTALES. EN SEGUNDO LUGAR, LA ELECCION DEL NUMERO DE ESTADOS EXCITADOS PARA CADA FUNDAMENTAL, REALIZANDOSE MEDIANTE UN CALCULO INICIAL QUE CONSIDERA TODOS LOS POSIBLES ESTADOS IONICOS EN ESTADO FUNDAMENTAL, ELIGIENDOSE LOS MAS ABUNDANTES Y CONSIDERANDO PARA ELLOS ESTADOS EXCITADOS. EN TERCER LUGAR, EL TRATAMIENTO DE MEDIOS OPTICAMENTE GRUESOS SE HA CONSEGUIDO MEDIANTE UNA EVALUACION DE LA RADIACION ABSORBIDA POR EL PLASMA, INDEPENDIENTEMENTE DE LA GEOMETRIA DEL MISMO. POR ULTIMO, SEÑALAR LA CONSIDERACION DEL ACOPLAMIENTO ENTRE ESTADOS EXCITADOS DE DISTINTOS NIVELES DE CARGA, SITUACION QUE NO SE CONSIDERA NORMALMENTE.