Tokamak

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Tokamak
Schematic-of-a-tokamak-chamber-and-magnetic-profile.jpg
Tipo
Fusion reactor (d), Magnetic confinement fusion (en)Visualizar e editar dados no Wikidata

Tokamak (em russo: Токамак ) é um reator experimental de fusão nuclear. Serve para estudar plasmas de alta temperatura que são mantidos confinados por campos magnéticos intensos. O objetivo final da pesquisa nesta área é viabilizar, no futuro, a construção de reatores nucleares de fusão, onde núcleos de deutério e trítio possam se unir, liberando uma grande quantidade de energia que servirá para aquecer água, gerar vapor e assim mover uma turbina, acoplada a um gerador elétrico. A pesquisa em tokamaks, portanto, está ligada à procura de fontes alternativas de energia para a produção de eletricidade.[1]

O termo tokamak é uma transliteração da palavra russa Токамак que por si só é um acrônimo das palavras: "тороидальная камера с магнитными катушками" (toroidal'naya kamera s magnitnymi katushkami) — câmara toroidal magnética.

Foi inventado na década de 1950 pelos físicos soviéticos Igor Tamm e Andrei Sakharov (que foram inspirados por ideia original de Oleg Lavrentiev).[2]

Funcionamento[editar | editar código-fonte]

Campos magnético e de plasma gerados por um Tokamak.

O tokamak é um potente eletroímã que produz um campo magnético toroidal para o confinamento de plasma (o quarto estado físico da matéria, que compõe as estrelas) de isótopos pesados de hidrogênio (deutério e trítio especificamente). Em seu interior ocorre uma reação de fusão nuclear cujo objetivo é criar plasma que deve ser contido em um espaço limitado, de forma a não tocar nas paredes internas do reator, tanto para não danificá-lo, quanto para não dissipar a energia do combustível via condução térmica. O plasma é então contido pelo intenso campo magnético gerado pelo Tokamak.

O isolamento magnético permite que se alcancem altas temperaturas, impedindo o combustível da reação, os isótopos de hidrogênio, de desgastar ou sobreaquecer o reator. O campo magnético tem geometria toroidal (em forma de pneu). Este método de contenção do plasma, é conhecido como confinamento magnético.

Existe ainda, outra forma de confinamento do plasma que é o confinamento inercial. Nesta, um laser de alta potência bombardeia o combustível do reator. Isto causa a "implosão" do combustível e o início de uma reação em cadeia, que tem como consequência o início do processo de fusão nuclear.

Na natureza há uma terceira forma, o confinamento gravitacional, este impraticável na Terra. O confinamento gravitacional é a forma como as estrelas contêm o plasma. O Sol, assim como todas as estrelas, é na verdade um reator natural de fusão nuclear.

O Tokamak é ainda caracterizado pela simetria azimutal (rotacional) e pelo uso da corrente de plasma para gerar a componente helicoidal do campo magnético, necessária para um equilíbrio estável.

Existem pesquisas avançadas em Tokamaks nos Estados Unidos (que entre outros possui um reator de confinamento inercial, o SHIVA em Los Alamos), na Europa (França e Inglaterra), Rússia e Japão.

No Brasil[editar | editar código-fonte]

No Brasil há pelo menos três tokamaks de pequeno porte: o Tokamak Chauffage Alfvén Brasilien (TCABR) no departamentos de Física Aplicada da USP;[3] 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).[4][5][6]

Trabalhando em conjunto com USP e Universidade de Princeton, o físico Vinícius Njaim Duarte descobriu como as ondas de Alfvén interferem no comportamento do plasma, prejudicando a autossustentabilidade do processo de fusão.[7] A descoberta de Duarte, publicada em Dezembro de 2017 pela revista científica Physics of Plasmas,[8] poderá contribuir no desenvolvimento de tokamaks com funcionalidade-eficiência plenas e, também, para o projeto International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).[7]

Em Portugal[editar | editar código-fonte]

Existe em Portugal um Tokamak de secção circular, ISTTOK.[9] 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[10] desde 1998 e conta também com a colaboração de cientistas brasileiros.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Tolamak. Instituto de Física da Universidade de São Paulo.
  2. (em russo) 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).
  3. 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. 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.
  4. (em português) Inpe. Laboratório Associado de Plasmas. Tokamaks Esféricos (fusão)
  5. (em inglês) 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) Spherical tokamak development in Brazil. Brazilian Journal of Physics, 33(4), 848-859.
  6. Inpe investe na área de fusão nuclear. Por Silveira , Virgínia. Publicado originalmente em Valor Econômico, 31 de março de 2010
  7. a b Crevilari, Vinicius (5 de fevereiro de 2018). «Descoberta sobre ondas é passo rumo a reator nuclear limpo e eficiente.». Jornal da USP. Consultado em 14 de junho de 2019 
  8. V. N. Duarte, H. L. Berk, N. N. Gorelenkov, W. W. Heidbrink, G. J. Kramer, R. Nazikian, D. C. Pace, M. Podestà & M. A. Van Zeeland (12 de dezembro de 2017). «Theory and observation of the onset of nonlinear structures due to eigenmode destabilization by fast ions in tokamaks». Physics of Plasmas 24 (em inglês). Consultado em 14 de junho de 2019 
  9. (em português) Tokamak ISTTOK
  10. (em inglês) Projecto ITER

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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Vídeos[editar | editar código-fonte]

  • World News - Fusión Nuclear - La energía inagotable. Proyecto ITER. Tokamak. (em castelhano) Página visitada em 3 de fevereiro de 2016.
  • World News - Nuclear Fusion - Tokamak VS Stellarator. (em inglês) Página visitada em 3 de fevereiro de 2016.