O reator experimental de fusão Tokamak

Principais componentes de um sistema
de confinamento magnético do tipo tokamak.

O reator experimental de fusão Tokamak é um grande toróide que produz um campo magnético para confinar partículas carregadas. Bobinas constituídas por mais de 10 quilômetros de fios de cobre resfriados à água conduzem uma corrente pulsada que chega a 73.000 A e produz um campo magnético de 5,2T durante cerca de 3s.

O campo magnético é produzido por uma bobina em forma de toróide, um sólido semelhante a um pneu de automóvel, pode ser determinado aplicando-se a Lei de Ampère a uma circunferência de raio r.

O tokamak é o engenho mais promissor, até o momento, para a obtenção da fusão termonuclear. Consiste num toróide (formato de um pneu de carro) no qual uma câmara de vácuo contém um anel de plasma confinado por campos magnéticos retorcidos .

Nota - a palavra tokamak é um acrônimo das palavras russas toroidal'naya kamera magnitnoi katushki, que significam câmara toroidal e bobinas magnéticas.

Configuração de um tokamak - Uma corrente elétrica transitória que circula na bobina primária de um tokamak induz no anel de plasma uma corrente, que servirá tanto para aquecê-lo como para produzir um campo magnético poloidal. O outro componente importante do campo magnético corresponde ao campo magnético toroidal, gerado por correntes elétricas que circulam nas bobinas de campo toroidal ao redor do toróide. Além disso, correntes que circulam nas bobinas de controle de posição geram campos magnéticos auxiliares que modificam o campo poloidal, equilibrando o anel de plasma e controlando sua posição dentro da câmara. A combinação dos campos poloidal e toroidal conduz ao confinamento adequado do plasma em tokamaks.

Aquecimento de plasma - A maneira mais eficiente de aquecer o plasma num tokamak é fazer com que circule através dele uma corrente induzida pela bobina primária. Esta bobina representa o circuito primário de um transformador no qual o anel de plasma constitui o circuito secundário. Funciona como um aquecedor elétrico onde o calor gerado depende da intensidade da corrente e da resistência elétrica. Entretanto, a resistividade do plasma diminui à medida que sua temperatura aumenta, tornando o processo de aquecimento menos eficiente. A temperatura máxima que pode ser atingida em tokamaks por aquecimento resistivo (aquecimento ôhmico) é de aproximadamente 3×10⁷ K, duas vezes maior que a temperatura no centro do Sol, mas que é menor do que a necessária para fazer com que um reator funcione, aproximadamente 10⁸ K. Em experimentos que utilizam máquinas do tipo tokamak, técnicas de aquecimento auxiliar tem sido utilizadas para atingir temperaturas de até 5×10⁸ K (mais que 30 vezes a temperatura no centro do Sol). Os dois métodos principais de aquecimento adicional consistem na injeção de feixes de partículas neutras de alta energia e de ondas de radiofreqüência de vários tipos.

Fontes:

- Tipler, P.A. Física: para cientistas e engenheiros. Volume 2, 4ª edição.

- Site: http://www.plasma.inpe.br/LAP_Portal/LAP_Sitio/Texto/Tokamaks.htm, acessado em 24 de outubro de 2012.