Para capturar y controlar en la Tierra las reacciones de fusión que impulsan el sol y las estrellas, los investigadores primero deben convertir el gas a temperatura ambiente en el plasma caliente y cargado que alimenta las reacciones. En el Laboratorio de Física de Plasma Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. DOEPPPL, los científicos han llevado a cabo un análisis que confirma la efectividad de una forma novedosa y no estándar para iniciar el plasma en futuras instalaciones de fusión compactas.
La técnica innovadora, conocida como "inyección helicoidal coaxial transitoria CHI", elimina el imán central, o solenoide, que lanza el plasma dentro de los tokamaks, las instalaciones de fusión más utilizadas. Dicha eliminación podría facilitar el estado constante o constante,reacciones de fusión y también liberan espacio valioso en el centro de tokamaks esféricos compactos, cuya forma de manzana con núcleo tiene menos espacio en el interior que los tokamaks convencionales en forma de rosquilla que son más comunes.
Proporcionando ventajas
El espacio liberado podría proporcionar ventajas: podría usarse para fortalecer el campo magnético que limita el plasma y, por lo tanto, mejorar su rendimiento. La eliminación del solenoide también podría simplificar el diseño de tokamaks compactos.
Las reacciones de fusión fusionan elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que se produce naturalmente en todo el universo, y por lo tanto generan energía. Los científicos están buscando replicar la fusión en la Tierra paraun suministro virtualmente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad.
Los solenoides corren por el centro de un tokamak e inducen corriente en el gas sin carga que los investigadores inyectan en la instalación. La corriente elimina electrones de los átomos en el gas, convirtiéndolo en un plasma cargado, un proceso llamado "ionización"o descomposición del plasma. La corriente también crea un campo magnético que se combina con el campo producido por los imanes que rodean el tokamak para embotellar y controlar el plasma, permitiendo que el calentamiento por calentamiento produzca reacciones de fusión.
Eliminando el solenoide
Por el contrario, el proceso transitorio de CHI reportado en Physics of Plasmas produce la corriente eléctrica crucial con electrodos colocados cerca de la parte inferior o superior del tokamak, eliminando el solenoide que consume espacio ". En lo que nos centramos principalmente fue en la etapa inicial de formaciónel plasma ", dijo el físico Kenneth Hammond del Instituto Max Planck de Física del Plasma, el autor principal del artículo que investigó sobre CHI como estudiante graduado de la Universidad de Columbia en PPPL y se unirá al laboratorio este verano". Esto ayudó a pintar más.imagen de cómo funcionan las descargas de CHI "
CHI transitorio, llamado así porque los electrodos que producen la corriente de lanzamiento de plasma funcionan brevemente en lugar de continuamente se desarrolló por primera vez en experimentos en el pequeño Toro de inyección de Helicidad HIT-II en la Universidad de Washington y en el más grandeEl Experimento Nacional de Toro Esférico NSTX en PPPL antes de su actualización; el proceso también había sido modelado en PPPL. Los experimentos, que mostraron que el CHI transitorio podía ampliarse de máquinas más pequeñas a más grandes, motivó el estudio reciente, dijo Roger Raman,un físico de la Universidad de Washington en asignación a largo plazo a PPPL y coautor del artículo.
El estudio encontró que la colocación de electrodos CHI en los experimentos anteriores "podría exhibir una debilidad severa cuando se escala a un reactor", dijo Hammond. Luego analizó una configuración de electrodo alternativa similar a la que se usa actualmente en QUEST, un tokamak esféricoen Japón. Los resultados mostraron que la configuración alternativa podría ampliarse bien en una futura instalación de fusión esférica basada en tokamak diseñada en PPPL. "La buena noticia de este estudio es que las proyecciones para el inicio en dispositivos a gran escala parecen prometedoras".dijo.
Potencial valioso
La técnica CHI tiene un potencial valioso, coincidió Tom Brown, ingeniero principal de PPPL que ayudó a diseñar el concepto de la futura instalación esférica. "Si tiene éxito, CHI podría proporcionar espacio para componentes interiores que podrían mejorar el rendimiento de los dispositivos esféricos".Brown dijo. Sin embargo, agregó, "se necesitan desarrollar más detalles de ingeniería a nivel experimental que también puedan funcionar dentro de un dispositivo [de demostración] de nivel superior y también en una eventual planta de energía de fusión".
Los investigadores han probado hasta ahora la escala de CHI en simulaciones realizadas en el Código de simulación Tokamak, un programa informático creado por el físico PPPL Stephen Jardin que ha modelado plasmas en todo el mundo. Jardin, coautor del informe Física de Plasmas, trabajó con Ramanpara producir la simulación a la que se hace referencia en el documento: "Aunque nunca se ha probado CHI en un dispositivo a gran escala de reactor", dijo Hammond, "somos optimistas de que las mismas relaciones se mantendrán en el tamaño más grande con campos magnéticos más fuertes".
Futuros experimentos están programados en URANIA, un tokamak esférico sin solenoide en la Universidad de Wisconsin-Madison. Los nuevos experimentos probarán la puesta en marcha de plasma con dos electrodos CHI transitorios operados independientemente, una configuración que podría producir una mayor flexibilidad para optimizarel sistema prometedor
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :