Uma máquina tokamak desempenha um papel crucial na física do plasma e na pesquisa de fusão. Aqui estão algumas funções importantes dos tokamaks:
Confinamento de Plasma: Os Tokamaks são projetados para confinar plasma quente. O plasma, um estado da matéria que consiste em gás ionizado, é normalmente produzido pelo aquecimento de gases a temperaturas extremamente altas. Os Tokamaks usam campos magnéticos poderosos para formar um recipiente de confinamento toroidal (em forma de donut). Esses campos magnéticos evitam que o plasma entre em contato direto com as paredes da máquina, minimizando perdas de energia e impurezas.
Aquecimento Plasma: Os Tokamaks usam várias técnicas para aquecer o plasma a temperaturas relevantes para a fusão (mais de 100 milhões de graus Celsius). Dois métodos de aquecimento comuns são o aquecimento ôhmico (passando uma corrente elétrica através do plasma) e o aquecimento adicional (como injeção de feixe neutro, aquecimento por ressonância de ciclotron de íons ou aquecimento por ressonância de ciclotron de elétrons). O aquecimento do plasma é crucial para atingir as condições energéticas necessárias para que ocorram as reações de fusão.
Unidade atual: Os Tokamaks requerem que uma corrente elétrica contínua flua através do plasma para manter sua estabilidade e confinamento. Para conduzir esta corrente, os tokamaks empregam métodos de acionamento de corrente não indutivos, como injeção de feixe neutro ou ondas de radiofrequência. Estas técnicas ajudam a sustentar a corrente de plasma sem depender apenas do aquecimento ôhmico.
Diagnósticos e medições: Os Tokamaks estão equipados com vários sistemas de diagnóstico para medir e analisar as propriedades do plasma. Esses diagnósticos incluem espectroscopia, interferometria, polarimetria e sondas de partículas. Eles fornecem informações sobre a densidade do plasma, temperatura, rotação e conteúdo de impurezas, permitindo aos cientistas estudar o comportamento do plasma e otimizar as condições de fusão.
Pesquisa de fusão: Os Tokamaks são fundamentais para a investigação em fusão, que visa aproveitar o poder da fusão nuclear como uma fonte de energia limpa e abundante. Ao alcançar e sustentar reações de fusão de forma controlada, os tokamaks contribuem para o desenvolvimento de reatores de fusão viáveis. Os pesquisadores usam tokamaks para explorar diferentes regimes de plasma, investigar instabilidades, otimizar o desempenho do plasma e demonstrar os principais princípios da física da fusão.
Conquistas recordes: Os Tokamaks alcançaram marcos significativos na pesquisa de fusão. Por exemplo, o Joint European Torus (JET) alcançou uma potência de fusão recorde de 16 megawatts durante 25 segundos em 1997. Mais recentemente, o tokamak EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) na China estabeleceu um novo recorde para a manutenção de plasma de alta temperatura para 1.056 segundos em 2021.
Em resumo, as máquinas tokamak desempenham um papel vital na física dos plasmas, fornecendo uma plataforma para o confinamento, aquecimento e estudo de plasmas de alta temperatura. São ferramentas essenciais para a investigação em fusão, com o objectivo de avançar a nossa compreensão do comportamento do plasma e alcançar reacções de fusão controladas para potenciais aplicações energéticas futuras.
