Estudio numérico del equilibrio magnetohidrodinámico de un plasma de fusión confinado en un Tokamak

Sánchez Mendoza, Juan Camilo

Estudio numérico del equilibrio magnetohidrodinámico de un plasma de fusión confinado en un Tokamak

dc.contributor.advisor	Orozco Ospino, Eduardo Alberto
dc.contributor.advisor	López Durán, Jesús Eduardo
dc.contributor.author	Sánchez Mendoza, Juan Camilo
dc.contributor.evaluator	Plata Gómez, Arturo
dc.contributor.evaluator	Ospina Ospina, Rogelio
dc.date.accessioned	2023-11-17T13:46:09Z
dc.date.available	2023-11-17T13:46:09Z
dc.date.created	2023-11-14
dc.date.issued	2023-11-14
dc.description.abstract	En dispositivos de fusión termonuclear, el gas se calienta a temperaturas tan altas que se considera plasma, y mantenerlo confinado de manera estable es crucial hasta que la energía liberada por las reacciones de fusión supere la suministrada. Sin embargo, estos sistemas son propensos a inestabilidades debido a su dinámica, la cual depende fuertemente de las condiciones de equilibrio, para lo cual es fundamental conocer perfiles de presión, corriente y campo magnético que confinen el plasma. A partir del balance de fuerza de un elemento de fluido y bajo condiciones de equilibrio estático y estacionario, surge la ecuación de Grad-Shafranov, cuya solución proporciona el equilibrio en dispositivos de confinamiento magnético como los tokamak, obteniéndose numéricamente para casos prácticos. En este trabajo se desarrolló un código que resuelve la ecuación de Grad-Shafranov usando diferencias finitas de segundo orden sobre una malla rectangular uniforme y con frontera de plasma fija. Este código se validó comparándolo con la solución analítica de Solov'ev, estableciendo la relación entre error y convergencia. Finalmente, se recrearon perfiles de equilibrio de configuraciones experimentales variando corriente, presión y parámetros geométricos, con el objetivo de reducir el coste computacional y controlar la geometría de la columna de plasma.
dc.description.abstractenglish	In thermonuclear fusion devices, the gas is heated to such high temperatures that it becomes plasma, and maintaining its stable confinement is crucial until the energy released by fusion reactions exceeds the supplied energy. However, these systems are prone to instabilities due to their dynamics, which heavily depends on the equilibrium conditions, for which to know profiles of pressure, current, and magnetic field that confine the plasma is fundamental. From the force balance of a fluid element under static and stationary equilibrium conditions, Grad - Shafranov equation emerges, whose solution provides the equilibrium in magnetic confinement devices like tokamaks, been obtaining numericaly for practical cases. In this work, a code was developed to solve the Grad-Shafranov equation using second-order finite differences on a uniform rectangular mesh with a fixed plasma boundary. The code was validated by comparing it with Solov'ev's analytical solution, establishing the relationship between error and convergence. Finally, equilibrium profiles of experimental configurations were recreated by varying current, pressure, and geometric parameters, whit the aim to reduce computational costs and control the geometry of the plasma column.
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Físico
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15458
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencias
dc.publisher.program	Física
dc.publisher.school	Escuela de Física
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Tokamak
dc.subject	Equilibrio MHD
dc.subject	Plasma de fusión
dc.subject	diferencias finitas
dc.subject.keyword	Tokamak
dc.subject.keyword	MHD equilibrium
dc.subject.keyword	Fusion plasma
dc.subject.keyword	finite differences
dc.title	Estudio numérico del equilibrio magnetohidrodinámico de un plasma de fusión confinado en un Tokamak
dc.title.english	Numerical study of magnetohydrodynamical equilibrium of a fusion plasma confined in a Tokamak
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado