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O objetivo da física dos plasmas é compreender o comportamento de gases ionizados usando uma metodologia interdisciplinar e novas técnicas de análise. A física dos plasmas moderna aborda problemas importantes associados a fenômenos não-lineares, que envolvem muitos corpos, em sistemas fora do equilíbrio.
Avanços na física dos plasmas dependem, essencialmente, do inter-relacionamento entre teoria e experimento. Experimentos em física básica são de vital importância para o avanço da física dos plasmas. Eles devem ser projetados para identificar um determinado fenômeno e explorar uma larga faixa de parâmetros envolvidos nestes fenômenos. A física dos plasmas teórica e computacional complementa a observação experimental.
O desenvolvimento de fontes de plasmas quiescentes ("Q-machines"), durante os anos 60, tornou possível as primeiras verificações experimentais da teoria dos plasmas. Plasmas quiescentes ainda são amplamente usados na pesquisa básica de plasma conduzida em laboratório.
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Os plasmas quiescentes são frios e fracamente ionizados. O confinamento por cúspides magnéticas multipolares, produzidas por ímãs permanentes, reduz as perdas por colisões que ocorrem entre as partículas do plasma e as paredes da câmara de confinamento, aumentando a densidade de partículas nestas descargas luminescentes. |
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A foto mostra a máquina de plasma quiescente do Laboratório Associado de Plasma do INPE. Em 1989, esta máquina substituiu uma máquina de plasma duplo, de menores dimensões, que foi o primeiro aparelho experimental do LAP, com início de operação a partir de 1979. |
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Plasma de argônio no interior da máquina de plasma quiescente do LAP. A luminescência resulta da excitação de átomos pelos elétrons do plasma. Ímãs permanentes são colocados em volta da parede interna da câmara de vácuo, produzindo um campo magnético de confinamento por cúspides multipolares. Pode-se ver claramente que os elétrons de alta energia seguem as linhas de campo magnético. O objeto fino e escuro no meio do plasma é uma sonda eletrostática. |
Algumas das principais linhas de pesquisa abordadas pela física dos plasmas são: 1) interações partícula-onda e aquecimento de plasma; 2) dinâmica não-linear, caos, turbulência e transporte; 3) bainha de plasma e física da borda; 4) reconexão magnética e efeito dínamo; 5) plasmas não neutros e sistemas fortemente correlacionados.
As máquinas de plasma quiescente são particularmente apropriadas para estudar os primeiros três tópicos listados acima. Os experimentos já realizados nas máquinas de plasma quiescente do LAP abordaram os seguintes tópicos:
1) propagação e amortecimento de ondas de Langmuir e ondas íon-acústicas em plasmas com várias espécies iônicas,
2) fenômenos de expansão da bainha de plasma; geração e propagação de ondas íon-acústicas solitárias,
3) formação e propriedades de sólitons em plasmas com íons negativos,
4) turbulência íon-acústica e formação de camada dupla,
5) interação feixe-plasma e turbulência de ondas de Langmuir.
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Entre os métodos disponíveis em física computacional, o Laboratório usa simulação por partículas para estudar fenômenos não-lineares em plasmas. A figura mostra a evolução temporal no espaço de fase da interação feixe-plasma em um sistema limitado. |
Quem realiza esta pesquisa no LAP?
O Grupo de Física dos Plasmas do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (http://www.if.ufrgs.br) se dedica principalmente à pesquisa teórica de plasma. Os tópicos de pesquisa incluem interação de ondas com plasmas astrofísicos e termonucleares, dinâmica não-linear, caos e turbulência. Estes tópicos também são estudados no Departmento de Física da Universidade Federal do Paraná (http://www.fisica.ufpr.br).
Entre as inúmeras atividades do Laboratório de Plasma do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (http://www.if.usp.br) há uma linha de pesquisa com trabalhos em caos e turbulência.
O Instituto de Física da Universidade Federal Fluminense (http://www.if.uff.br) realiza pesquisa teórica em fenômenos não-lineares em física dos plasmas, instabilidades e transporte, e lasers de elétrons livres.
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