Barreiras de transporte sem cisalhamento e confinamento aprimorado em tokamaks - Quiroga, Leonardo Antonio Osorio (2025)
A turbulência eletrostática é uma das principais responsáveis pela perda de calor e partículas em tokamaks. No entanto, certas configurações dos perfis radiais do plasma podem atenuar essa turbulência, promovendo a formação de barreiras de transporte na borda do plasma e melhorando o confinamento. Em sistemas Hamiltonianos, perfis não-monotônicos do plasma estão associados ao surgimento de um tipo especial de barreira, chamada de barreira de transporte sem cisalhamento, associada ao toro invariante sobre o qual o teorema KAM é violado. Essas barreiras são particularmente robustas, pois exibem uma notável resistência à quebra e inibem de forma eficiente o transporte caótico. Neste trabalho, investigamos a influência do perfil do campo elétrico radial de equilíbrio no surgimento de barreiras de transporte sem cisalhamento e no controle do transporte caótico de partículas teste na borda do plasma. Isso, integrando numericamente um modelo de transporte por ondas de deriva ExB para um tokamak de grande razão de aspecto. Mostramos que, à medida que o campo elétrico radial de equilíbrio aumenta, as barreiras de transporte sem cisalhamento tornam-se mais resistentes à quebra, suprimindo o transporte caótico mesmo em cenários com amplitudes elevadas do potencial eletrostático de perturbação. De certa forma, ainda que estritamente qualitativa, observamos que o sistema pode apresentar características compatíveis com uma transição do tipo L-H por meio da descrição dessas barreiras de transporte, as quais exibem regimes de confinamento aprimorados quando o perfil do campo elétrico radial é mais intenso e apresenta um formato de poço profundo na borda do plasma. Além disso, introduzimos uma extensão ao modelo de transporte, incorporando o efeito do raio de Larmor finito devido à presença de um campo elétrico não uniforme. Com base nesse modelo estendido, verificamos que, tipicamente, raios de Larmor maiores tornam as barreiras de transporte sem cisalhamento mais resistentes à quebra e, mesmo nos casos em que essas barreiras não estão presentes, levam à redução das taxas de escape das partículas.