Efeitos inerciais sobre instabilidades com simetria axial em tokamaks cilíndricos
Neste trabalho, consideramos uma generalização da lei de Ohm, nos limites em que o campo elétrico no referencial do plasma ideal é proporcional à taxa de variação temporal da densidade de corrente; a proporção leva em conta os efeitos devido à massa finita do elétron. Mostramos que tais limites são satisfeitos para uma densidade de número ne sucientemente pequena. Mostramos também que νei, a frequência de colisões elétron-íon, é muito menor do que ωci, a frequência ciclotron dos íons. A combinação desta última condição com o critério de Lawson, para a fusão deutério-trítio no ITER, fornece um limite inferior para a média geométrica de τC, o tempo de confinamento, e do intervalo entre colisões, a saber, (τC/νei)1/2 >> 10−5 s. Nesse mesmo contexto, estimamos que ne ∼ 1019 m−3 e comparamos parâmetros típicos do plasma aqui tratado com plasmas em outros cenários. Quando ne varia pouco espacial e temporalmente, generalizamos o teorema de Alfvén, onde o fluxo de um campo magnético efetivo é conservado, o qual depende da profundidade pelicular finita do elétron. Esse resultado nos permite definir um fator de segurança efetivo, de onde obtemos superfícies racionais efetivas, deslocadas em relação às usuais. Considerando perturbações helicoidais de um tokamak cilíndrico em equilíbrio com simetria axial, somos conduzidos à relação de dispersão. Tal relação é aplicada ao modelo peaked, o qual assume que a componente poloidal do campo magnético de equilíbrio possui o perfil de uma derivada logarítmica. Nossa formulação analítica mostra que os efeitos inerciais levam a um pico de instabilidade três vezes maior, além de um aumento de duas ordens de grandeza no raio da coluna cilíndrica estável.