Interferometría láser heterodina para diagnóstico en plasmas de fusión. Experimentos y medidas realizados en el Stellarator TJ-II y el Tokamak C-MOD

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dc.contributor.advisor Lamela Rivera, Horacio
dc.contributor.author Acedo Gallardo, Pablo
dc.date.accessioned 2011-06-06T10:20:13Z
dc.date.available 2011-06-06T10:20:13Z
dc.date.issued 2000
dc.date.submitted 2000-06-26
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/11359
dc.description.abstract La presente tesis describe la concepción, el diseño, la instalación y la obtención de primeros resultados de dos interferómetros láser heterodinos con dos longitudes de onda para la medida de densidades electrónicas en dos máquinas de fusión: el Stellarator T J-II (Centro de Investigaciones Energéticas, Mediambientales y Tecnológicas, Madrid) y el Tokamak Alcator C-Mod (Plasma Science and Fusion Center, MIT, EEUU). Este diagnóstico interferométrico de la densidad electrónica basado en la variación del índice de refracción del plasma en función del número de electrones libres por unidad de volumen en el mismo, es fundamental en toda máquina para la investigación en fusión. En primer lugar se presentan las bases de un diseño de un sistema interferencial heterodino basado en dos longitudes de onda (C02, A= 10.6 JlfTl, Y He-Ne, A= 633 nm) para la medida de densidades electrónicas en el Stellarator T J-II. Las razones de esta elección, primera vez que se demuestra el funcionamiento de un diagnóstico con una longitud de onda tan corta para la medida de densidades electrónicas en un Stellarator, estriban en lo compacto del sistema final y la sencillez del uso de fuentes láser en el infrarrojo próximo y visible frente a las técnicas basadas en el infrarrojo lejano (FIR). No obstante, esta decisión ha llevado implícito varios pasos previos como han sido la necesidad de la concepción e implementación de una electrónica para la detección de fase del sistema de interferometría láser heterodina, su caracterización en cuanto a los límites de resolución mediante su calibración con un interferómetro homodino y la evaluación del límite de substracción de las vibraciones mecánicas del sistema de interferometría láser heterodino con dos longitudes de onda. El diseño definitivo se ha instalado en el Stellarator T J-II obteniéndose los primeros resultados de medida de densidades electrónicas de 2x1018 m-3 en máquinas de densidad y tamaño medio al eliminar las vibraciones mecánicas producidas en esta máquina hasta un nivel de 10-2 de franja de CO2. En segundo lugar se presenta el principio de funcionamiento, la instalación, puesta a punto y operación de un interferómetro láser heterodino para la medida de densidades electrónicas basado en el uso de un láser de Nd:YAG con doblado de frecuencia (A1=1.064 JlfTl y A2 = 532 nm) en el Tokamak Alcator C-Mod. Es la primera vez que se demuestra el funcionamiento de un sistema interferencial de este tipo que incorpora las ventajas respecto a los sistemas con dos longitudes de onda tradicionales, de una mayor insensibilidad a las vibraciones mecánicas, y una reducción de los componentes ópticos necesarios. Las medidas de densidad electrónica obtenidas en este sistema son de 3x1020 m-2 de valor máximo de integral de línea con una resolución de 1x1019 m-2. Este sistema, además, presenta la novedad relativa de una visión tangencial del plasma, de aplicación directa en las futuras máquinas de fusión.
dc.description.abstract The present thesis describes the complete design of a two color heterodyne ¡aser interferometer to measure the electronic density in plasma fusion experiments, from its conception to its implementation and operation in two different fusion machines: the Stellarator T J-II (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Madrid) and the Tokamak Alcator C-Mod (Plasma Science and Fusion Center, MIT, USA). This interferometric diagnostic of the electron density is based on the refraction index change produced by free electrons in the plasma and has a major importance in every fusion experiment . In this sense this thesis first describes a two wavelength laser heterodyne interferometer (C02, A.=10.6 J.l.m and HeNe, A.=633 nm) to measure the electro n density in the T J-II Stellarator which demonstrates for the first time the operation of a system with such a short wavelength for electron density measurements in a Stellarator. This fact results in a compact and easy to operate system which has the advantages of working with visible and near infrared wavelengths compared to systems designed using far infrared (FIR) techniques. Nevertheless this decision involved the development of a high precision heterodyne phase detection electronic system, the calibration of the interferometric system in terms of its resolution using a homodyne interferorneter, and the evaluation of the mechanical vibrations subtraction limits in two color laser heterodyne interferometric systems. The final prototype of the design has been installed in the Stellarator T J-II, were the first results of a two-color system for electron density measurements of 2x1018 m-3 in a medium-size machine were obtained with a 10-2 CO2 fringe error after mechanical vibrations subtraction. This thesis also presents the principies of operation, the installation and operation of a heterodyne laser interferometer for measuring plasma electron densities in the Tokamak Alcator C-Mod using a frequency doubled Nd:YAG laser (A.1=1.064 J.UTl and A.2=O.532 J.lm). This is the first time a system like this is installed on a Tokamak and, in addition to the advantages of two color interferometers, this system presents an increased immunity to mechanical vibrations and a reduction of the optical components. Maximurn line-integral electron densities of 3x1020 m-2 have been obtained with 1x1019 m-2 resolution. A major novelty which has been introduced in this system is a tangential view of the plasma of direct application in future fusion devices.
dc.format.mimetype text/plain
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Física del plasma
dc.subject.other Interferometría
dc.subject.other Optoelectrónica
dc.title Interferometría láser heterodina para diagnóstico en plasmas de fusión. Experimentos y medidas realizados en el Stellarator TJ-II y el Tokamak C-MOD
dc.type doctoralThesis
dc.type.review PeerReviewed
dc.subject.eciencia Electrónica
dc.rights.accessRights openAccess
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática
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