Simulación autoconsistente del calentamiento de un plasma en una trampa magnética mínimo-b utilizando el método particle-in-cell electromagnético

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dc.contributor.advisorOrozco Ospino, Eduardo Alberto
dc.contributor.advisorDugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
dc.contributor.authorEstupiñan Lopez, Alex Francisco
dc.date.accessioned2024-03-04T00:16:46Z
dc.date.available2018
dc.date.available2024-03-04T00:16:46Z
dc.date.created2018
dc.date.issued2018
dc.description.abstractLas fuentes de iones de resonancia ciclotrónica electrónica (por sus siglas en inglés, ECRIS), son dispositivos mayormente diseñados para generar haces de iones altamente cargados. En estos sistemas, una trampa magnética mínimoB está formada por la superposición de un campo magnético axial producido por un par de bobinas de corriente y un campo magnético radial formado por un sistema hexapolar se aprovecha para el confinamiento de plasma. En este trabajo el plasma es calentado en una cavidad excitada por un modo T E111 y por una frecuencia de inyección dada por 2,45 GHz es estudiada numéricamente en condiciones de resonancia ciclotrónica electrónica. La interacción de partículas de plasma de hidrógeno con el campo de microondas se simula a través de un código relativista 3D Particle-In-Cell (PIC) desarrollado por nosotros. El campo magnetostático se calcula utilizando la ley Biot-Savart. La evolución del campo electromagnético autoconsistente se determina a través del método de Yee. La densidad de la corriente de plasma se calcula comenzando con las posiciones de las partículas y sus velocidades mediante un método de carga conservativa propuesto por T. Umeda. Las nuevas posiciones y velocidades de las partículas, son calculadas resolviendo la ecuación relativista de Newton-Lorentz, usando el método de Boris. Presentamos la distribución espacial de los electrones y su espectro energético después de 96 ns de cálculo en un plasma homogéneo de densidad igual a 2 × 1010 cm−3 y una distribución maxwelliana para las velocidades, con una temperatura inicial de 5,44 × 10−4 eV . La simulación muestra que la población de electrones puede dividirse en tres grupos: fríos (con una energía menor que 1 keV ), calientes (con un rango de energía entre 1 − 10 keV ) y supercalientes (con una energía superior a los 10 keV ).
dc.description.abstractenglishElectron Cyclotron Resonance Ion Sources (ECRIS) are devices predominantly designed to generate highly charged ion beams. In these systems, a minimum-B magnetic trap formed by the superposition of an axial magnetic field produced by a pair of current coils and a radial magnetic field formed by a cusp multipole system is harnessed for plasma confining. In this work, plasma heating in a T E111 cavity excited by 2,45 GHz microwave energy at electron cyclotron resonance conditions is studied numerically. The interaction of hydrogen plasma particles with microwaves is simulated through a a 3D relativistic code Particle-In-Cell (PIC) developed by us. The magnetostatic field is calculated using the Biot-Savart law. The evolution of the self-consistent electromagnetic field is determined through the Yee’s method. The plasma current density is calculated starting off with the particles positions and their velocities via a conservative charge method proposed by T. Umeda. New positions and velocities are calculated solving the relativistic Newton-Lorentz equation by using the Boris method. We present the spatial distribution of electrons and their energetic spectrum after 96 ns of calculations at an initial homogeneous plasma density of 2 × 1010 cm−3 , and a maxwellian distribution for velocities with an initial electron temperature of 5,44 × 10−4 eV . The simulation has revealed that the electron population can be divided into three types: cold (with the energy less than 1 keV ), hot (of 1 − 10 keV ) and superhot (with the energy higher
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Física
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/39533
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias
dc.publisher.programMaestría en Física
dc.publisher.schoolEscuela de Física
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
dc.subjectResonancia Ciclotrónica Electrónica (Ecr)
dc.subjectTrampa Magnética Mínimo-B
dc.subjectCalentamiento Del Plasma
dc.subjectMétodo Particle-In-Cell (Pic).
dc.subject.keywordElectron Cyclotron Resonance (Ecr)
dc.subject.keywordMinimum-B Magnetic Trap
dc.subject.keywordPlasma Heating
dc.subject.keywordParticle-In-Cell (Pic) Method.
dc.titleSimulación autoconsistente del calentamiento de un plasma en una trampa magnética mínimo-b utilizando el método particle-in-cell electromagnético
dc.title.englishSelf-consisting simulation of the heating of a plasma in a minimum-b magnetic trap using the particle-in-cell electromagnetic method 3 .
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestria
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