Design conceitual de um sistema diagnóstico para medidas simultâneas da densidade de partículas neutras e parâmetros eletrônicos no Tokamak TCABR

Abstract

Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema óptico multifuncional para o Tokamak TCABR, integrando as técnicas de Ionização Induzida por Laser (LII) e Espalhamento Thomson (TS). O sistema visa medir simultaneamente a densidade de partículas neutras nn, a densidade eletrônica ne e a temperatura eletrônica Te no plasma, parâmetros críticos para otimizar o confinamento magnético e a estabilidade do reator. A abordagem combinada utiliza uma Cavidade de Múltiplas Passagens (CMP) baseada em uma célula de Herriott, que amplifica a interação laser-plasma através de reflexões sucessivas, aumentando a sensibilidade das medições. O sistema óptico foi projetado utilizando óptica paraxial e simulado no software Ansys Zemax OpticStudio, garantindo estabilidade do feixe e uniformidade na distribuição energética. Foram desenvolvidos programas em Python para modelar a emissividade das linhas espectrais Hα (656,3 nm) e Hβ (486,1 nm), além de estimar a sensibilidade do diagnóstico LII. Os resultados demonstraram que a implementação da CMP proporcionou um ganho de resolução de até uma ordem de grandeza no sinal coletado pelo policromador do sistema TS. Para o diagnóstico LII, simulações indicaram sensibilidade suficiente para inferir nn ≈ 1015 m-3. Este trabalho também discute a viabilidade de substituir o laser atual por um sistema Nd:YAG com duplicação de frequência, emitindo a 532 nm, capaz de operar em pulsos de 120 μs, otimizando a coleta temporal de dados.