Tokamak Chauffage Alfvén Brésilien

O Tokamak Chauffage Alfvén Brésilien (TCABR) é um tokamak situado na Universidade de São Paulo ( USP ), Brasil.^[1][2] O TCABR é o maior tokamak do hemisfério sul e um dos dispositivos de confinamento magnético comprometidos com o avanço do conhecimento científico em energia de fusão .

O TCABR foi originalmente projetado e construído na Suíça, na École Polytechnique Fédérale de Lausanne ( EPFL ), e operou lá de 1980 a 1992, sob o nome de Tokamak Chauffage Alfvén (TCA).^[1] O foco principal do TCA foi avaliar e melhorar o aquecimento do plasma com ondas de Alfvén . Em 1994, a máquina foi transferida para a USP, passando por uma atualização e adicionando Brésilien ao seu nome. A operação do TCABR começou em 1999.^[1]

O plasma TCABR é feito de hidrogênio e tem um formato circular.^[1][3] Em geral, suas descargas são aquecidas ohmicamente e a corrente de plasma no TCABR atinge até ${\displaystyle I_{P}\leq 100\ {\text{kA}}}$ . Os raios menor e maior do TCABR são respectivamente ${\displaystyle a=18.0\;{\text{cm}}}$ e ${\displaystyle R=61.5\;{\text{cm}}}$, resultando em uma proporção de ${\displaystyle A=R/a=3.4}$ . A temperatura central do elétron do TCABR é em torno de ${\displaystyle k_{B}T_{e}\leq 650\ {\text{eV}}}$ (ou seja, ${\displaystyle T_{e}\sim 6\times 10^{6}\;{\text{K}}}$ ) e sua densidade eletrônica média é ${\displaystyle 0.9\leq {\bar {n}}_{e0}\leq 3}$, em unidades de ${\displaystyle 10^{19}\;{\text{m}}^{-3}}$ .^[1][3] Outros parâmetros do TCABR incluem o campo magnético toroidal, ${\displaystyle B_{0}\sim 1.1\;{\text{T}},}$ a pressão de enchimento de hidrogênio, ${\displaystyle P_{H}\simeq 3\times 10^{-4}\;{\text{Pa}}}$, uma duração de descarga de ${\displaystyle T_{D}\simeq 100\;{\text{ms}}}$, e uma duração de fase estável em torno de ${\displaystyle T\leq 60\;{\text{ms}}}$ .^[1]

Parameters of TCABR^[1][2][4]

Parameter	Symbol	Value
Formato do plasma		Circular
Composição do plasma	H	Hydrogen
Raio maior	${\displaystyle R_{0}}$	${\displaystyle 61.5{\text{ cm}}}$
Raio menor	${\displaystyle a}$	${\displaystyle 18.0{\text{ cm}}}$
Razão de aspecto (${\displaystyle R_{0}/a}$)	${\displaystyle A}$	${\displaystyle 3.4}$
Corrente de plasma	${\displaystyle I_{p}}$	${\displaystyle \leq 100\ {\text{kA}}}$
Campo magnético central (ou toroidal)	${\displaystyle B_{0}}$	${\displaystyle \sim 1.1\ {\text{T}}}$
Densidade eletrônica média linear	${\displaystyle {\overline {n}}_{e0}}$	${\displaystyle 0.9\sim 3\times 10^{19}\ {\text{m}}^{-3}}$
Temperatura eletrônica central	${\displaystyle k_{B}T_{e0}}$	${\displaystyle \sim 0.5\ {\text{keV}}}$
Pressão de enchimento de hidrogênio	${\displaystyle P_{H}}$	${\displaystyle 1\sim 3\times 10^{-2}\ {\text{Pa}}}$
Duração da descarga	${\displaystyle T_{D}}$	${\displaystyle \simeq 100\ {\text{ms}}}$
Duração da fase estável	${\displaystyle T}$	${\displaystyle \leq 60\ {\text{ms}}}$

O propósito atual do tokamak TCABR inclui o estudo das ondas de Alfvén,^[1][5][6] mas não se restringe a ele. Outras áreas de pesquisa são (i) a caracterização de instabilidades magnetohidrodinâmicas (MHD),^[1][7] (ii) o estudo de regimes de alto confinamento induzidos pela polarização elétrica de eletrodos externos na borda do plasma,^[3][7][8] (iii) a investigação da turbulência da borda,^[3][9] e (iv) o estudo da rotação poloidal e toroidal do plasma usando diagnósticos ópticos .^[1][10][11] A equipe do TCABR também está associada a um grupo teórico focado na investigação de instabilidades e barreiras de transporte em tokamaks e sistemas dinâmicos .^[12][13]

Uma atualização no TCABR também está sendo conduzida.^[14][15][16] Um conjunto de 108 bobinas RMP será instalado para controlar e estudar modos localizados de borda ( ELMs ). Novas bobinas de modelagem serão adicionadas, permitindo grande flexibilidade nas configurações de plasma (por exemplo, configurações de nulidade simples, nulidade dupla, floco de neve e triangularidade negativa).^[16] A parede interna do recipiente de vácuo do TCABR receberá placas de grafite para diminuir a deposição de impurezas e a perda de energia no plasma.