Agradecimentos : Este trabalho é contínuamente suportado pela Comunidade Europeia (através do contrato associação entre a EURATOM e o Instituto Superior.

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1 Agradecimentos : Este trabalho é contínuamente suportado pela Comunidade Europeia (através do contrato associação entre a EURATOM e o Instituto Superior Técnico). É recebido ainda financiamento dos programas da Fundação da Ciência e Tecnologia através do contrato de Laboratório Associado. As opiniões expressas pelos autores não representam necessáriamente as posições da Comissão Europeia nem da FCT. 20 ANOS DE ACTIVIDADE DO TOKAMAK ISTTOK H.Fernandes, C.Silva, C. A. F. Varandas Associação Euratom/IST, Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear Laboratório Associado, Instituto Superior Técnico, P-1049-001 Lisboa (isttok@ipfn.ist.utl.pt)isttok@ipfn.ist.utl.pt TOKAMAK ISTTOK Principais resultados Sinopse Dados Técnicos Objectivos principais: i)Dotar o IST de uma montagem experimental de plasmas de fusão por confinamento magnético; ii) Criar um pólo de atracção de estudantes na maior Escola Portuguesa de Engenharia; iii) Educar e treinar físicos, engenheiros e técnicos na física, engenharia e tecnologias associadas à Fusão Nuclear; iv) Desenvolver novas técnicas de diagnóstico, controlo e aquisição de dados; v) Desenvolver estudos de Física de Plasmas. Actualmente o ISTTOK tem uma grande cooperação com laboratórios estrangeiros de fusão nuclear principalmente com os seus homólogos europeus e com países de outros continentes através da IAEA, como por exemplo o Brasil. Em particular, durante o ano de 2008 albergou o “IAEA Joint Experiment” envolvendo 29 cientistas de 14 países. Grande parte dos diagnósticos desenvolvidos no ISTTOK têm sido migrados para outros tokamaks de maior porte, sendo exemplo disso o diagnóstico de iões pesados e o reflectrómetro bem como a introdução de novos conceitos de aquisições de dados, em particular de tempo real. Diagnósticos O ISTTOK está equipado com uma série de diagnósticos padrão em tokamaks, nomeadamente sondas eléctricas e magnéticas (sondas Langmuir/bobines Mirnov), tensão de enlace, bobina diamagnética, espectrómetros no visível e de massa,bobines rogowsky e sin-cos. Para além destes foram desenvolvidos (alguns já desactivados ou transferidos para outras máquinas) os seguintes diagnósticos científicos:  Diagnóstico de deflexão de iões pesados usando uma matriz de células colectoras como detector;  Sistema de medida da pressão cinética do plasma baseado num balanço equipado com uma sonda de Mach e num sensor de força mecânico;  Diferentes sistemas de sondas eléctricas que permitem determinarem uma grande variedade de parâmetros do plasma periférico;  Analisador da energia dos iões na periferia do plasma;  Analisador iónico por tempo de vôo baseado na aplicação de pulsos rápidos da tensão de aceleração;  Câmaras lineares (3) para reconstrução tomografica da emissividade radiativa do plasma;  Espectrómetro de alta dispersão (465nm, 0.0015 nm);  Medidor de temperatura electrónica de difusão de Thomson;  Reflectrómetro de varrimento e frequência fixa;  Interferómetro de micro-ondas com detecção diferencial da quadratura e da fase;  Sondas magnéticas instaladas dentro da câmara de vácuo. Nota histórica O ISTTOK foi construído a partir da estrutura básica do Tokamak TORTUR (estrutura de suporte, câmara de vácuo, carapaça de cobre, transformador, bobinas do campo magnético toroidal e bancos de condensadores, entretanto desmontado no FOM-Rijnhuizen, em Niewegein (Holanda) por uma equipa de engenheiros e técnicos do Grupo de Fusão Nuclear (embrião do ex-CFN) em 1988. As restantes componentes do ISTTOK (sistemas de vácuo e injecção de gás, fontes de alimentação, diagnósticos e sistema de controlo e aquisição de dados) foram projectados e construídos por pessoal da actual Associação Euratom/IST. Para além dos diagnósticos básicos de um tokamak de pequena dimensão com baixa densidade e reduzida temperatura electrónica, foram desenvolvidos ao longo dos anos vários diagnósticos baseados em novas técnicas ou que apresentavam inovações tecnológicas significativas em relação a técnicas tradicionais.  Primeira demonstração de que a tensão de Reynolds induzida pelas flutuações pode gerar rotação poloidal num tokamak. O gradiente radial da tensão de Reynolds foi determinado usando o campo eléctrico radial e poloidal medido por sondas eléctricas, concluindo-se que a sua magnitude é igual ou mesmo superior às restantes fontes possíveis de rotação do plasma;  Obtenção de descargas alternadas de longa duração (~250 ms) com base no desenvolvimento de amplificadores de potência baseados em fontes de comutação rápida por controlo digital e de sistemas de controlo em tempo real; Estas descargas foram muito difíceis de obter inicialmente devido à inexistência de controlo activo no ISTTOK e actualmente são apenas limitadas pela reciclagem das impurezas e do hidrogénio das paredes e pelo limite físico da duração do campo magnético. O ISTTOK veio a ser o primeiro tokamak a operar com descargas alternadas multi-ciclo planas. (Figura 1)  Controlo do perfil do campo eléctrico e do confinamento de partículas usando um eléctrodo emissivo. O eléctrodo emissivo desenvolvido no ISTTOK mostrou ser uma ferramenta valiosa para o controlo do campo eléctrico radial em ambas as polaridades, permitindo a investigação detalhada do papel do cisalhamento na rotação E×B no controlo das flutuações na periferia do plasma e no transporte global do plasma (Figura 2).  Observação de flutuações de potencial de grande escala e baixa frequência (fluxos zonais) e demonstração da sua importância do controlo do transporte local de partículas. A relação entre as flutuações de grande escala e o transporte turbulento local foi investigada no plasma periférico do ISTTOK. Foi descoberto que as flutuações de potencial são dominadas por oscilações de baixa frequência, apresentando uma correlação toroidal significativa que pode ser atribuída aos fluxos zonais (Figura 3). A amplitude das correlações a grande distância é altamente intermitente apresentando uma grande semelhança com o transporte local induzido pelas flutuações electrostáticas. Estas experiências demonstram a importância dos processos físicos a várias escalas na regulação do transporte em plasma de fusão. Da esquerda para a direita: (i) Obtenção das primeiras descargas AC de longa duração, (ii) dependência da modificação no confinamento de partículas induzido pela polarização do eléctrodo ([n/H α ] Bias /[n/H α ] No Bias ) no cisalhamento na rotação E×B e (iii) evolução temporal de: (a) potencial medido simultaneamente em duas posições toroidais; (b) espectrograma do potencial; e (c) correlação toroidal entre sinais de potencial. ParâmetroValor Raio maior (R)0.46 m Raio menor (a)85 mm Campo magnético máximo 0.8 Tesla Fluxo disponível (transformador primário) 0.25 Vs Corrente Plasma< 8 kA Duração descarga (DC/AC)~ 45/250 ms Densidade plasma @ r=0~5x10 18 m -3 Temperatura eletrónica @ r=0~120 eV Temperatura iónica @ r=0 (C III )~100 eV Tempo de confinamento da energia~0.8 ms Beta @ r=0)~0.6% Fator de segurança q(0)~1 q(a)~5 www.ipfn.ist.utl.pt/isttok