Simulação de sistemas ópticos aplicados à caracterização de materiais e diagnósticos em fusão termonuclear

Abstract

A óptica é uma área importantíssima de estudo e trabalho da humanidade desde tempos antigos, responsável pelo nosso sentido mais importante e por fenômenos que despertam o interesse humano. O entendimento da luz como onda eletromagnética, por Maxwell em 1886, possibilitou estudos dos mais diversos tipos e nas mais diversas áreas. Este trabalho tem como objetivo revisar os fundamentos da óptica física e gaussiana com a finalidade de compreender os fundamentos do design óptico via software. Objetiva-se também fazer um estudo acerca do efeito Kerr, um efeito eletro e magneto- óptico, que pode ser utilizado tanto para microscopia quanto para a caracterização de materiais em função de suas propriedades magnéticas, e utilizá-lo como fundamento para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de um sistema de medidas denominado magnetômetro a efeito Kerr. Os softwares utilizados para o design das lentes e análise de luminosidade nos sistemas foram o OSLO, o TracePro e o Zemax OpticsStudio. Além disso, em parceria com o Instituto de Física da USP, afim de fazer um estudo do transporte de impurezas de carbono no plasma do TOKAMAK TCABR, foi desenvolvido o projeto de um acoplador óptico para diagnóstico das diferentes emissões espectrais atômicas em uma janela equatorial do TOKAMAK, de modo que futuramente, comparando-se a distribuição radial de impurezas experimentalmente, poderão ser obtidas informações sobre o transporte e a densidade de impurezas na coluna de plasma, informações estas extremamente importantes para viabilizar o projeto de fusão nuclear em reatores.

The optics is a very important area of study and work of mankind since ancient times, responsible for our most important sense and for phenomena that arouse the human interest. The understanding of light as an electromagnetic wave by Maxwell at 1886 enabled studies of the most different kinds at different areas. This work aims to to review the fundamentals of physical and Gaussian optics in order to understand the fundamentals of optical design via software. It also aims to use the optics to do the study about the Kerr effect, an electro and magneto-optical effect which can be used such as microscopy as well as characterization of materials in function of their magnetic properties and use it as foundation to the development and improvement of a measurement system called Kerr effect magnetometer. The software used for lens design and luminance analysis in the systems were OSLO, TracePro and Zemax OpticsStudio. In addition, in a partnership with the USP’s physics institute in order to do a study of the carbon impurities transportation at the TCABR TOKAMAK plasma, was developed a project of an optical coupler for diagnosis of different atomical emission spectrum in an TOKAMAK equatorial window, in order to, hereafter, comparing the radial distribution of impurities obtained experimentally, there could be obtained informations above transportation and density of impurities at the plasma column, information that is extremely important to enable the project of nuclear fusion in reactors.