06/C291

Dinámica de partículas rápidas en plasmas de fusión y sólidos y relajación en plasmas magnetizados.
Fast particle dynamics in fusion plasmas and solids and relaxation in magnetized plasmas.

Director: FARENGO, Ricardo
Correo Electrónico: farengo@cab.cnea.gov.ar

Co-Director: ARISTA, Néstor Ricardo.

Integrantes: LANTSCHNER, Gerardo H.; FERRARI Hugo E.; GARCIA MARTINEZ, Pablo; FIGUEROA, Emilio; CANTERO, Esteban; ZARCO, Martín; LIFSCHITZ, Agustin; FIRPO, Marie Christine; VALDES-LEYTON, Jorge E.; BEHAR, Moni; GRANDE, Pedro L.

Resumen Técnico: Se propone investigar la dinámica de partículas rápidas en plasmas magnetizados y sólidos y su aplicación a fusión nuclear y física de superficies y los procesos de relajación y auto-organización en plasmas magnetizados. Las investigaciones propuestas constituyen la continuación natural de las realizadas en el período 2007-2009 (Proyecto 06/C242). Las partículas cargadas de alta energía producidas en las reacciones de fusión depositan su energía e impulso en el plasma manteniendo su temperatura y, en ciertos casos, generando parte de la corriente necesaria para confinarlo. Las fluctuaciones electromagnéticas producidas por la turbulencia pueden incrementar las pérdidas de estas partículas, degradando el rendimiento del reactor. En los plasmas magnetizados ocurren procesos de relajación y auto-organización que producen una redistribución de la corriente y el campo magnético asociado. Estos procesos pueden permitir la formación y sostenimiento de configuraciones con superficies magnéticas cerradas (spheromaks), la inversión del campo magnético (reversed field pinch) o el achatamiento de los perfiles de corriente y campo magnético (tokamak). En este proyecto se propone investigar la dinámica de partículas alfa en tokamaks, determinando la potencia que depositan en el plasma y la corriente que generan. También se estudiará el efecto de la turbulencia sobre el confinamiento de estas partículas. En lo referente a procesos de relajación, se estudiará fundamentalmente su importancia en los spheromkas y la posibilidad de utilizarlos para sostener la configuración. En particular, se estudiará la influencia del  flujo magnético “abierto” y de la elongación del contenedor sobre la relajación de un spheromak cilíndrico con parámetros semejantes a los de un dispositivo en construcción. En el área de interacción de partículas ionizadas con sólidos y plasmas, el proyecto abarca la realización de trabajos teóricos y experimentales sobre procesos de colisiones elásticas e inelásticas en la materia, interacción de iones con láminas metálicas de espesores nanométricos, dispersión angular de haces de iones, efectos de estructura cristalina y electrónica de materiales, simulaciones computacionales, determinación de coeficientes de frenamiento de iones livianos y aplicaciones a la interacción de haces de iones con plasmas. Como aspecto de especial interés en relación con el programa satelital argentino, el proyecto permitirá estudiar la física básica requerida para analizar el funcionamiento de un detector satelital que medirá el flujo de iones que en el espacio exterior.

Summary: We propose to investigate the dynamics of fast particles in magnetized plasmas and solids and its application to nuclear fusion and surface physics, and the relaxation and self organization processes occuring in magnetized plasmas. The proposed research is the natural continuation of those performed in the period 2007-209 (Project 06/C242). The high energy charged particles produced in the fusion reactions deposit hteir energy and momentum in the plasma sustaining its temperature and, in some cases, generating part of the current needed to confine it. The electromagnetic fluctuations produced by the turbulence can increase the losses of these particles degrading the reactor performance. In magnetized plasmas relaxation and self-organization processes occur that can produce a redistribution of the current and the associated magnetic field. These processes can lead to the formation and sustainment of configurations with closed magnetic surfaces (spheromaks) the inversion of the magnetic field (reversed field pinch) or the flattening of the current and magnetic field profiles (tokamaks). In this project we propose to investigate the dynamics of alpha particles in tokamaks and determine the power they deposit in the plasma and the current they generate. The effect of turbulence on the confinement of these particles will be also studied. Regarding relaxation processes, their importance in spheromaks and the possibility of employing them to sustain the configuration will be studied. In particular, the effect of open magnetic flux and the elongation of the container on the relaxation of a cylindrical spheromak with parameters similar to those of a device under construction will be studied. In the area of the interaction of ionized particles with solids and plasmas, the project includes theoretical and experimental work on elastic and inelastic collisional processes in matter, interaction of ions with metallic foils of nanometric thicknesses, angular dispersion of ion beams, effect of the crystaline and electronic structure of materials, computer simulations, determination of stopping coefficients of light ions and application to the interaction of ion beams with plasmas. As a special interest issue, related with the Argentinian satellite program, the project would allow to study the basic physics required to analyze the operation of a satellite detector that will meassure the ion flux in outer space.