Tokamak: diferenças entre revisões

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[[Ficheiro:U.S. Department of Energy - Science - 425 003 001 (9786811206).jpg|miniaturadaimagem|[[ITER]] (''International Thermonuclear Experimental Reactor)'' - projeto de reator experimental a fusão nuclear baseado na tecnologia do tokamak.|alt=]]
{{Info/Genérico/Wikidata|legenda=[[ITER]] (''International Thermonuclear Experimental Reactor)'' - projeto de reator experimental a fusão nuclear baseado na tecnologia do tokamak.}}
O '''tokamak''' é um dispositivo experimental projetado para confinar [[plasma]]s de alta temperatura numa região com a forma de um [[toróide]], usando para isso [[campos magnéticos]] intensos. Dessa forma, é possível o estudo de plasmas em condições de temperaturas e densidades que possam levar à [[fusão nuclear]] controlada de [[Núcleo atómico|núcleos]] leves como o [[deutério]] e [[trítio]]. Um dos objetivos da pesquisa nesta área é viabilizar a construção de [[Reator nuclear#Reatores de fusão|reatores nucleares de fusão]]. O tokamak representa uma das várias classes de dispositivos para confinamento magnético de plasmas.<ref name="Preprint" /><ref name="ScientifcAm" /><ref>[http://web.if.usp.br/ifusp/node/694 Tokamak]. [[Instituto de Física da Universidade de São Paulo]]. </ref>
'''Tokamak''' é um dispositivo experimental projetado para confinar [[plasma]]s de alta temperatura numa região com a forma de um [[toróide]], usando para isso [[campos magnéticos]] intensos. Dessa forma, é possível o estudo de plasmas em condições de temperaturas e densidades que possam levar à [[fusão nuclear]] controlada de [[Núcleo atómico|núcleos]] leves como o [[deutério]] e [[trítio]]. Um dos objetivos da pesquisa nesta área é viabilizar a construção de [[Reator nuclear#Reatores de fusão|reatores nucleares de fusão]]. O tokamak representa uma das várias classes de dispositivos para confinamento magnético de plasmas.<ref name="Preprint" /><ref name="ScientifcAm" /><ref>[http://web.if.usp.br/ifusp/node/694 Tokamak]. [[Instituto de Física da Universidade de São Paulo]]. </ref>


O termo tokamak é uma [[transliteração]] da palavra russa tокамак que por si só é um [[Acrónimo|acrônimo]] das palavras: "'''то'''роидальная '''ка'''мера с '''ма'''гнитными '''ка'''тушками" (''toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami'') — câmara toroidal com bobinas magnéticas.<ref name="Bondarenko" /><ref name="McCracken" /> Foi inventado no final da década de 1950 pelos físicos soviéticos Igor Tamm e [[Andrei Sakharov]] (que foram inspirados por ideia original de Oleg Aleksandrovich Lavrent'ev<ref name="Bondarenko"/><ref>{{ru}} [http://ufn.ru/ufn01/ufn01_8/Russian/r018m.pdf Bondarenko BD: "O papel desempenhado por Lavrentiev na formulação do problema e no início da investigação da fusão nuclear controlada na física da [[URSS]]."] ''Uspekhi Fizicheskikh Nauk''. Fizicheskiy Institut im. P.N. Lebedeva Rossiyskoy Akademii Nauk (''Avanços nas Ciências Físicas''; [[Instituto de Física P.N. Lebedev]] da [[Academia Russa de Ciências]]).</ref>) e construído no [[Instituto Kurchatov]] em Moscou.<ref name="McCracken" /><ref name="JET" />
O termo tokamak é uma [[transliteração]] da palavra russa tокамак que por si só é um [[Acrónimo|acrônimo]] das palavras: "'''то'''роидальная '''ка'''мера с '''ма'''гнитными '''ка'''тушками" (''toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami'') — câmara toroidal com bobinas magnéticas.<ref name="Bondarenko" /><ref name="McCracken" /> Foi inventado no final da década de 1950 pelos físicos soviéticos [[Igor Tamm]] e [[Andrei Sakharov]] (que foram inspirados pela ideia original de [[Oleg Lavrentiev|Oleg Alexandrovich Lavrentiev]])<ref name="Bondarenko"/><ref>{{ru}} [http://ufn.ru/ufn01/ufn01_8/Russian/r018m.pdf Bondarenko BD: "O papel desempenhado por Lavrentiev na formulação do problema e no início da investigação da fusão nuclear controlada na física da [[URSS]]."] ''Uspekhi Fizicheskikh Nauk''. Fizicheskiy Institut im. P.N. Lebedeva Rossiyskoy Akademii Nauk (''Avanços nas Ciências Físicas''; [[Instituto de Física P.N. Lebedev]] da [[Academia Russa de Ciências]]).</ref> e construído no [[Instituto Kurchatov]] em Moscou.<ref name="McCracken" /><ref name="JET" />


== Confinamento do plasma ==
== Confinamento do plasma ==

[[Ficheiro:Tokamak fields lg-numbers.png|miniaturadaimagem|Principais campos magnéticos do tokamak - Figura A: (1) - bobinas (azuis) que geram o campo toroidal (setas pretas); Figura B: (2) - campo magnético poloidal gerado pela corrente no plasma (3); Figura C: (6) campo toroidal + (7) campo poloidal gerando o campo resultante helicoidal (5).|alt=]]
[[Ficheiro:Tokamak fields lg-numbers.png|miniaturadaimagem|Principais campos magnéticos do tokamak - Figura A: (1) - bobinas (azuis) que geram o campo toroidal (setas pretas); Figura B: (2) - campo magnético poloidal gerado pela corrente no plasma (3); Figura C: (6) campo toroidal + (7) campo poloidal gerando o campo resultante helicoidal (5).|alt=]]

Para que a fusão nuclear ocorra é necessário que os núcleos se aproximem o suficiente para haver interação. Para isso é necessário vencer a [[Repulsão elétrica|repulsão eletrostática]] (uma vez que os núcleos possuem cargas elétricas positivas). Os núcleos que possuem a menor carga elétrica e, portanto, são mais adequados à fusão são o [[Hidrogénio|hidrogênio]] e seus [[isótopos]] (deutério e trítio).<ref name="Preprint"/>
Para que a fusão nuclear ocorra é necessário que os núcleos se aproximem o suficiente para haver interação. Para isso é necessário vencer a [[Repulsão elétrica|repulsão eletrostática]] (uma vez que os núcleos possuem cargas elétricas positivas). Os núcleos que possuem a menor carga elétrica e, portanto, são mais adequados à fusão são o [[Hidrogénio|hidrogênio]] e seus [[isótopos]] (deutério e trítio).<ref name="Preprint"/>


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== Funcionamento ==
== Funcionamento ==

O tokamak se utiliza do confinamento magnético para aprisionar e aquecer o plasma. Para isso usa um conjunto de [[bobinas]] nas quais flui uma [[corrente elétrica]], gerando campos magnéticos ([[eletroímã]]) em uma configuração adequada.
O tokamak se utiliza do confinamento magnético para aprisionar e aquecer o plasma. Para isso usa um conjunto de [[bobinas]] nas quais flui uma [[corrente elétrica]], gerando campos magnéticos ([[eletroímã]]) em uma configuração adequada.


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A estabilização completa do plasma é conseguida adicionando-se ainda bobinas externas paralelas ao plano do toróide (bobinas poloidais), situadas acima e abaixo da câmara toroidal, que geram um campo magnético vertical.<ref name="Preprint" />
A estabilização completa do plasma é conseguida adicionando-se ainda bobinas externas paralelas ao plano do toróide (bobinas poloidais), situadas acima e abaixo da câmara toroidal, que geram um campo magnético vertical.<ref name="Preprint" />

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== No Brasil ==
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{| class="wikitable"
|[[imagem:1987 CPA 5891.jpg|x240px]]
|[[imagem:KSTAR tokamak.jpg|x180px]]
|[[Imagem:Alcator C-Mod Tokamak Interior.jpg|x180px]]
|[[Imagem:MAST plasma image.jpg|x200px]]
|-
|[[Selo postal]] [[URSS|soviético]] <br />de [[1987]] exibindo <br />a figura de <br />um Tokamak.
|Tokamak [[KSTAR]],<ref>{{citar web|url=https://olhardigital.com.br/2020/12/28/noticias/reator-de-fusao-nuclear-coreano-bate-recorde-de-tempo-em-funcionamento/|título=Reator de fusão nuclear coreano bate recorde de tempo em funcionamento|autor=Fabiana Rolfini|data=28 de dezembro de 2020|publicado=[[Olhar Digital ]]|acessodata=14 de maio de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> <br />[[Daejeon]], [[Coreia do Sul]].
|Interior do [[Alcator C-Mod]],<ref>{{citar web|url=https://www.psfc.mit.edu/research/topics/alcator-c-mod-tokamak|título=Alcator C-Mod tokamak
|autor=|data=|publicado=[[MIT Plasma Science and Fusion Center]] {{en}}|acessodata=14 de maio de 2022|arquivourl=|arquivodata=|urlmorta=}}</ref> <br />operado de 1991 a 2016 pelo <br />[[Instituto de Tecnologia de Massachusetts|Instituto de Tecnologia <br />de Massachusetts]].
|Plasma gerado no interior do <br />MAST ([[Mega Ampere Spherical Tokamak|Mega Ampere Spherical <br />Tokamak]]) do [[Culham Centre for Fusion Energy|Culham Centre for <br />Fusion Energy]] do [[Reino Unido]].
|}{{clr}}

== Países lusófonos ==

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=== Brasil ===

No [[Brasil]] há pelo menos três tokamaks de pequeno porte: o ''Tokamak Chauffage Alfvén Brasilien'' (TCABR) no departamento de Física Aplicada da [[USP]];<ref name="TCABR"/> o Tokamak NOVA II; doado pela [[Universidade Estadual de Campinas|Unicamp]] ao laboratório de Plasma do Instituto de Matemática, Estatística e Física (Imef) da [[Universidade Federal do Rio Grande|Universidade Federal do Rio Grande - FURG]], que anteriormente veio da [[Universidade de Kyoto]]; e um terceiro, em formato [[esfera|esférico]], no Laboratório Associado de Plasma do [[INPE]], em [[São José dos Campos]]. Este último é denominado ETE (''Experimento Tokamak Esférico'').<ref>G.O. Ludwig; Y. Aso, J.J; Barroso, J.L. Ferreira; R.M.O. Galvão; A. Montes; G.M. Sandonato; M. Ueda, W.P. Sá; A.G. Tuszel; L.C.S. Góes. [http://mtc-m21b.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/04.09.11.51/doc/ludwig_the%20proto.pdf ''The Proto-ETA small aspect ratio experiment''. Improving Tokamak Performance through Innovations from Small Fusion Experiments, Proceedings of the IAEA Technical Committee Meeting on Research using Small Tokamaks], Washington, USA, 1990. IAEA Technical Document 604: 159-174, Vienna, 1991. In ''Research using small tokamaks''. Proceedings of a Technical Committee Meeting held in Arlington, Virginia, USA, 27-28 September 1990.</ref><ref>{{pt}} [http://www.lap.inpe.br/atividadesP-D/fusao/ Inpe. Laboratório Associado de Plasmas. Tokamaks Esféricos (fusão)]</ref><ref>{{en}} Ludwig, G.O.; Del Bosco, E.; Ferreira, J.G.; Berni, L.A.; Oliveira, R.M.; Andrade, M.C.R.; Shibata, C.S.; Ueda, M.; Barbosa, L.F.W.; Barroso, J.J., Castro, P.J. & Patire Jr, H.. (2003) [https://dx.doi.org/10.1590/S0103-97332003000400041 Spherical tokamak development in Brazil.] ''Brazilian Journal of Physics'', 33(4), 848-859. </ref><ref>[http://www.investe.sp.gov.br/noticia/inpe-investe-na-area-de-fusao-nuclear/ [[Inpe]] investe na área de fusão nuclear]. Por Silveira , Virgínia. Publicado originalmente em ''[[Valor Econômico]]'', 31 de março de 2010</ref>
No [[Brasil]] há pelo menos três tokamaks de pequeno porte: o ''Tokamak Chauffage Alfvén Brasilien'' (TCABR) no departamento de Física Aplicada da [[USP]];<ref name="TCABR"/> o Tokamak NOVA II; doado pela [[Universidade Estadual de Campinas|Unicamp]] ao laboratório de Plasma do Instituto de Matemática, Estatística e Física (Imef) da [[Universidade Federal do Rio Grande|Universidade Federal do Rio Grande - FURG]], que anteriormente veio da [[Universidade de Kyoto]]; e um terceiro, em formato [[esfera|esférico]], no Laboratório Associado de Plasma do [[INPE]], em [[São José dos Campos]]. Este último é denominado ETE (''Experimento Tokamak Esférico'').<ref>G.O. Ludwig; Y. Aso, J.J; Barroso, J.L. Ferreira; R.M.O. Galvão; A. Montes; G.M. Sandonato; M. Ueda, W.P. Sá; A.G. Tuszel; L.C.S. Góes. [http://mtc-m21b.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/04.09.11.51/doc/ludwig_the%20proto.pdf ''The Proto-ETA small aspect ratio experiment''. Improving Tokamak Performance through Innovations from Small Fusion Experiments, Proceedings of the IAEA Technical Committee Meeting on Research using Small Tokamaks], Washington, USA, 1990. IAEA Technical Document 604: 159-174, Vienna, 1991. In ''Research using small tokamaks''. Proceedings of a Technical Committee Meeting held in Arlington, Virginia, USA, 27-28 September 1990.</ref><ref>{{pt}} [http://www.lap.inpe.br/atividadesP-D/fusao/ Inpe. Laboratório Associado de Plasmas. Tokamaks Esféricos (fusão)]</ref><ref>{{en}} Ludwig, G.O.; Del Bosco, E.; Ferreira, J.G.; Berni, L.A.; Oliveira, R.M.; Andrade, M.C.R.; Shibata, C.S.; Ueda, M.; Barbosa, L.F.W.; Barroso, J.J., Castro, P.J. & Patire Jr, H.. (2003) [https://dx.doi.org/10.1590/S0103-97332003000400041 Spherical tokamak development in Brazil.] ''Brazilian Journal of Physics'', 33(4), 848-859. </ref><ref>[http://www.investe.sp.gov.br/noticia/inpe-investe-na-area-de-fusao-nuclear/ [[Inpe]] investe na área de fusão nuclear]. Por Silveira , Virgínia. Publicado originalmente em ''[[Valor Econômico]]'', 31 de março de 2010</ref>


O ''Experimento Tokamak Esférico'' (''ETE''), é utilizado para estudos de [[plasma]] em tokamaks de baixa relação de aspecto. O ETE foi inteiramente projetado e construído no LAP (Laboratório Associado de Plasma) do INPE ([[Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais]]) do [[Brasil]].<ref>[https://inis.iaea.org/Search/search.aspx?orig_q=RN:36076128 International Nuclear Information System]''The ETE spherical Tokamak project.'' ([[International Nuclear Information System|INIS]] - Ludwig, Gerson Otto; Andrade, Maria Celia Ramos de; Barbosa & Luis Filipe Wiltgen. [[International Nuclear Information System]], {{en}} Acessado em 20/03/2019.</ref><ref>[http://www.scielo.br/pdf/bjp/v33n4/a41v33n4.pdf Scielo] - ''Spherical Tokamak Development in Brazil.'' G.O. Ludwig, E. Del Bosco, J.G. Ferreira, L.A. Berni, R.M. Oliveira,M.C.R. Andrade, C.S. Shibata, M. Ueda, L.F.W. Barbosa. Brazilian Journal of Physics, vol. 33, Nº 4, Dezembro, 2003, {{en}} Acessado em 20/03/2019.</ref><ref>[https://www.researchgate.net/publication/230935580_Eddy_currents_in_the_vacuum_vessel_of_the_ETE_spherical_tokamak ''Eddy currents in the vacuum vessel of the ETE spherical tokamak.''] - G.O. Ludwig, E. Del Bosco & J.G. Ferreira, [[ResearchGate]], 2 de Dezembro de 2004, {{en}}. Acessado em 20/03/2019.</ref><ref>[http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-97331997000300009&lng=en&nrm=iso&tlng=en Scielo] - ''Theoretical Methods in the Design of the Poloidal Field Coils for the ETE Spherical Tokamak.'' Gerson Otto Ludwig, Laboratório Associado de Plasma, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, SP, Brazil, Setembro de 1997, {{en}} Acessado em 20/03/2019.</ref>
O ''Experimento Tokamak Esférico'' (''ETE''), é utilizado para estudos de [[plasma]] em tokamaks de baixa relação de aspecto. O ETE foi inteiramente projetado e construído no LAP (Laboratório Associado de Plasma) do INPE ([[Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais]]) do [[Brasil]].<ref>[https://inis.iaea.org/Search/search.aspx?orig_q=RN:36076128 International Nuclear Information System]''The ETE spherical Tokamak project.'' ([[International Nuclear Information System|INIS]] - Ludwig, Gerson Otto; Andrade, Maria Celia Ramos de; Barbosa & Luis Filipe Wiltgen. [[International Nuclear Information System]], {{en}} Acessado em 20/03/2019.</ref><ref>[http://www.scielo.br/pdf/bjp/v33n4/a41v33n4.pdf Scielo] - ''Spherical Tokamak Development in Brazil.'' G.O. Ludwig, E. Del Bosco, J.G. Ferreira, L.A. Berni, R.M. Oliveira,M.C.R. Andrade, C.S. Shibata, M. Ueda, L.F.W. Barbosa. Brazilian Journal of Physics, vol. 33, Nº 4, Dezembro, 2003, {{en}} Acessado em 20/03/2019.</ref><ref>[https://www.researchgate.net/publication/230935580_Eddy_currents_in_the_vacuum_vessel_of_the_ETE_spherical_tokamak ''Eddy currents in the vacuum vessel of the ETE spherical tokamak.''] - G.O. Ludwig, E. Del Bosco & J.G. Ferreira, [[ResearchGate]], 2 de Dezembro de 2004, {{en}}. Acessado em 20/03/2019.</ref><ref>[http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-97331997000300009&lng=en&nrm=iso&tlng=en Scielo] - ''Theoretical Methods in the Design of the Poloidal Field Coils for the ETE Spherical Tokamak.'' Gerson Otto Ludwig, Laboratório Associado de Plasma, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, SP, Brazil, Setembro de 1997, {{en}} Acessado em 20/03/2019.</ref>


== Em Portugal ==
=== Portugal ===

Existe em [[Portugal]] um Tokamak de secção circular, ISTTOK.<ref>{{pt}} [https://www.ipfn.tecnico.ulisboa.pt/cfn/pt/Prj_Tokamak_main_1.html Tokamak ISTTOK]</ref> Encontra-se montado e em funcionamento regular desde [[1990]] no Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, situado no campus do [[Instituto Superior Técnico]] em [[Lisboa]]. Com este reator, Portugal integra o projeto [[ITER]]<ref>{{en}} [http://www.iter.org Projecto ITER]</ref> desde [[1998]] e conta também com a colaboração de cientistas brasileiros.
Existe em [[Portugal]] um Tokamak de secção circular, ISTTOK.<ref>{{pt}} [https://www.ipfn.tecnico.ulisboa.pt/cfn/pt/Prj_Tokamak_main_1.html Tokamak ISTTOK]</ref> Encontra-se montado e em funcionamento regular desde [[1990]] no Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, situado no campus do [[Instituto Superior Técnico]] em [[Lisboa]]. Com este reator, Portugal integra o projeto [[ITER]]<ref>{{en}} [http://www.iter.org Projecto ITER]</ref> desde [[1998]] e conta também com a colaboração de cientistas brasileiros.


== Ver também ==
== Ver também ==

* [[Energia nuclear]]
* [[Energia nuclear]]
* [[Fissão nuclear]]
* [[Fissão nuclear]]
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<ref name="TCABR">{{citar web|url=http://portal.if.usp.br/fap/pt-br/f%C3%ADsica-de-plasmas-e-controle-de-oscila%C3%A7%C3%B5es|título=Física de Plasmas e Controle de Oscilações|acessodata=05-01-2020|publicado=Departamento Física Aplicada - USP}}</ref>
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}}
}}


== Bibliografia ==
== Bibliografia ==

* Conhecer 2000 Vol.1 - Tecnologia pág.120 [[Editora Abril]] S.A. [[1995]].
* Conhecer 2000 Vol.1 - Tecnologia pág.120 [[Editora Abril]] S.A. [[1995]].


== Ligações externas ==
== Ligações externas ==

{{Commonscat|Tokamaks}}
{{Commonscat|Tokamaks}}
* {{Link|pt|2=http://www.geocities.com/CapeCanaveral/7754/fusao.html |3=Geocities - Reator por fusão nuclear}}
* {{Link|pt|2=http://www.geocities.com/CapeCanaveral/7754/fusao.html |3=Geocities - Reator por fusão nuclear}}
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=== Vídeos ===
=== Vídeos ===

* [http://wn.com/fusi%C3%B3n_nuclear_-_la_energ%C3%ADa_inagotable_proyecto_iter_tokamak World News] - Fusión Nuclear - La energía inagotable. Proyecto ITER. Tokamak. {{es}} Página visitada em 3 de fevereiro de 2016.
* [http://wn.com/nuclear_fusion_-_tokamak_vs_stellarator World News] - Nuclear Fusion - Tokamak VS Stellarator. {{en}} Página visitada em 3 de fevereiro de 2016.
* [https://www.youtube.com/watch?v=BHGWh9XR6SM YouTube] - La energía inagotable del futuro: fusión nuclear. Proyecto ITER. Tokamak. {{es}} Página visitada em 14 de maio de 2022.
* [https://www.youtube.com/watch?v=vqmoFzbZYEM YouTube] - Nuclear Fusion - Tokamak VS Stellarator. {{en}} Página visitada em 14 de maio de 2022.


{{Portal3|Engenharia|Física|História da ciência}}
{{Portal3|Engenharia|Física|História da ciência}}

Revisão das 22h46min de 14 de maio de 2022

Tokamak

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) - projeto de reator experimental a fusão nuclear baseado na tecnologia do tokamak.
Características
Classificação
(fusion reactor)
Descobridor Igor Tamm, Andrei Sakharov, Oleg Lavrentiev
Categoria Tokamaks
Trabalha com magnetic confinement fusion
Diferente de stellarator, levitated dipole, Tokmok
Localização
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Tokamak é um dispositivo experimental projetado para confinar plasmas de alta temperatura numa região com a forma de um toróide, usando para isso campos magnéticos intensos. Dessa forma, é possível o estudo de plasmas em condições de temperaturas e densidades que possam levar à fusão nuclear controlada de núcleos leves como o deutério e trítio. Um dos objetivos da pesquisa nesta área é viabilizar a construção de reatores nucleares de fusão. O tokamak representa uma das várias classes de dispositivos para confinamento magnético de plasmas.[1][2][3]

O termo tokamak é uma transliteração da palavra russa tокамак que por si só é um acrônimo das palavras: "тороидальная камера с магнитными катушками" (toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami) — câmara toroidal com bobinas magnéticas.[4][5] Foi inventado no final da década de 1950 pelos físicos soviéticos Igor Tamm e Andrei Sakharov (que foram inspirados pela ideia original de Oleg Alexandrovich Lavrentiev)[4][6] e construído no Instituto Kurchatov em Moscou.[5][7]

Confinamento do plasma

Principais campos magnéticos do tokamak - Figura A: (1) - bobinas (azuis) que geram o campo toroidal (setas pretas); Figura B: (2) - campo magnético poloidal gerado pela corrente no plasma (3); Figura C: (6) campo toroidal + (7) campo poloidal gerando o campo resultante helicoidal (5).

Para que a fusão nuclear ocorra é necessário que os núcleos se aproximem o suficiente para haver interação. Para isso é necessário vencer a repulsão eletrostática (uma vez que os núcleos possuem cargas elétricas positivas). Os núcleos que possuem a menor carga elétrica e, portanto, são mais adequados à fusão são o hidrogênio e seus isótopos (deutério e trítio).[1]

Para vencer a repulsão eletrostática, os núcleos devem ter uma energia muito grande; dito de outra forma, sua temperatura deve ser muito alta. Para que a fusão ocorra, a temperatura típica deve ser da ordem de 100 milhões de graus Celsius. Nesta temperatura os átomos são ionizados e a matéria fica no estado de plasma.[8]

Além da alta temperatura, o plasma deve ser mantido confinado numa determinada região do espaço e por um tempo suficientemente longo para aumentar probabilidade de fusão.[1]

Existem três formas para confinar o plasma:[1][8][9]

  • Confinamento gravitacional: é a forma como as estrelas contêm o plasma, os núcleos de hidrogênio, na forma de gás, são comprimidos pela gravidade atingindo temperaturas de milhões de graus. O Sol, assim como todas as estrelas, é na verdade um reator natural de fusão nuclear. Porém este tipo de confinamento é impraticável na Terra.
  • Confinamento inercial: neste caso são utilizados feixes de lasers ou de partículas muito intensos, que são focalizados em um alvo pequeno (cerca de 1 mm de diâmetro) contendo deutério e trítio. Dessa forma, o alvo é comprimido a densidades extremamente elevadas e sua temperatura sobe para cerca de 100 milhões de graus Celsius levando à fusão nuclear.
  • Confinamento magnético: o plasma é um fluido condutor, portanto as partículas carregadas sofrem uma força quando lhes é aplicado um campo magnético. As partículas descrevem trajetórias em forma de hélice, enrolando-se em torno das linhas de campo magnético. Dessa forma, com o uso de campos magnéticos apropriados, é possível confinar o plasma numa região do espaço. Vários dispositivos experimentais foram desenvolvidos usando o confinamento magnético, como tokamak, stellarator, espelhos magnéticos, teta-pinch e z-pinch.

Funcionamento

O tokamak se utiliza do confinamento magnético para aprisionar e aquecer o plasma. Para isso usa um conjunto de bobinas nas quais flui uma corrente elétrica, gerando campos magnéticos (eletroímã) em uma configuração adequada.

Algumas dessas bobinas são distribuídas em torno de uma câmara em formato de toro (semelhante à câmara de pneu); são as bobinas que geram o campo magnético toroidal (vide figura).[1][8]

Além disso, é possível induzir uma corrente elétrica no próprio plasma; essa corrente gera o campo magnético poloidal (vide figura). A geração dessa corrente é possível por que o plasma num tokamak funciona como o enrolamento secundário de um transformador (o enrolamento primário fica localizado fora da câmara toroidal).[1][8]

Os campos toroidal e poloidal combinam-se gerando um campo resultante em espiral conhecido como campo helicoidal (vide figura). As partículas carregadas que formam o plasma descrevem trajetórias em forma de hélice em torno desse campo helicoidal, resultando em seu aprisionamento.[1][8][2]

A estabilização completa do plasma é conseguida adicionando-se ainda bobinas externas paralelas ao plano do toróide (bobinas poloidais), situadas acima e abaixo da câmara toroidal, que geram um campo magnético vertical.[1]

Selo postal soviético
de 1987 exibindo
a figura de
um Tokamak. 		Tokamak KSTAR,[10]
Daejeon, Coreia do Sul. 		Interior do Alcator C-Mod,[11]
operado de 1991 a 2016 pelo
Instituto de Tecnologia
de Massachusetts. 		Plasma gerado no interior do
MAST (Mega Ampere Spherical
Tokamak) do Culham Centre for
Fusion Energy do Reino Unido.

Países lusófonos

Brasil

No Brasil há pelo menos três tokamaks de pequeno porte: o Tokamak Chauffage Alfvén Brasilien (TCABR) no departamento de Física Aplicada da USP;[12] o Tokamak NOVA II; doado pela Unicamp ao laboratório de Plasma do Instituto de Matemática, Estatística e Física (Imef) da Universidade Federal do Rio Grande - FURG, que anteriormente veio da Universidade de Kyoto; e um terceiro, em formato esférico, no Laboratório Associado de Plasma do INPE, em São José dos Campos. Este último é denominado ETE (Experimento Tokamak Esférico).[13][14][15][16]

O Experimento Tokamak Esférico (ETE), é utilizado para estudos de plasma em tokamaks de baixa relação de aspecto. O ETE foi inteiramente projetado e construído no LAP (Laboratório Associado de Plasma) do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) do Brasil.[17][18][19][20]

Portugal

Existe em Portugal um Tokamak de secção circular, ISTTOK.[21] Encontra-se montado e em funcionamento regular desde 1990 no Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, situado no campus do Instituto Superior Técnico em Lisboa. Com este reator, Portugal integra o projeto ITER[22] desde 1998 e conta também com a colaboração de cientistas brasileiros.

Ver também

Referências

  1. ↑ a b c d e f g h Nelson Fiedler-Ferrari, Ivan Cunha Nascimento (1987). Fusão termonuclear controlada (PDF). São Paulo: Instituto de Física -USP 
  2. ↑ a b Bruno Coppi; Jan Rem (julho de 1972). «The Tokamak Approach in Fusion Research». Scientific American. Scientific American (em inglês). 227 (1): 65–75 
  3. ↑ Tokamak. Instituto de Física da Universidade de São Paulo.
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Bibliografia

Ligações externas

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Vídeos

  • YouTube - La energía inagotable del futuro: fusión nuclear. Proyecto ITER. Tokamak. (em castelhano) Página visitada em 14 de maio de 2022.
  • YouTube - Nuclear Fusion - Tokamak VS Stellarator. (em inglês) Página visitada em 14 de maio de 2022.
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