Todos los esfuerzos para replicar en las instalaciones de fusión de tokamak la energía de fusión que alimenta el sol y las estrellas deben hacer frente a un problema constante: ráfagas de calor transitorias que pueden detener las reacciones de fusión y dañar los tokamaks en forma de rosquilla. Estas explosiones, llamadas modos localizados en el bordeELM, se producen en el borde del gas de plasma caliente y cargado cuando se activa a alta velocidad para alimentar las reacciones de fusión.
Para evitar tales estallidos, los investigadores del DIII-D National Fusion Facility, que General Atomics GA opera para el Departamento de Energía de los EE. UU. DOE, fueron pioneros en un enfoque que inyecta pequeñas ondas de campos magnéticos en el plasma para causar calorpara filtrarse de manera controlable. Ahora los científicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del DOE han desarrollado un esquema de control para optimizar los niveles de estos campos para obtener el máximo rendimiento sin ELM.
Camino a la supresión de ELM
La investigación, dirigida por el físico PPPL Florian Laggner y financiada por la Oficina de Ciencia del DOE, desarrolló el esquema en DIII-D en San Diego. Laggner dijo que el método, junto con investigadores de GA y otras instituciones colaboradoras, revela un caminopara suprimir los ELM y maximizar el poder de fusión en ITER, el tokamak internacional en construcción en Francia que está diseñado para demostrar la practicidad de la energía de fusión. "Mostramos un camino hacia adelante, una forma en que se puede hacer", dijo Laggner, autor principal deun documento que informa los hallazgos en Fusión nuclear .
Fusion alimenta el sol y las estrellas combinando elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos que constituyen el 99 por ciento del universo visible, para generar cantidades masivas de energíaLos científicos de todo el mundo buscan aprovechar la fusión para un suministro prácticamente inagotable de energía segura y limpia para generar electricidad.
La técnica demostrada utiliza la capacidad expandida del sistema de control de plasma DIII-D para abordar el conflicto inherente entre la optimización de la energía de fusión y el control de los ELM. El esquema se centra en el "pedestal", la capa delgada y densa de plasma cerca del borde deel tokamak que aumenta la presión del plasma y, por lo tanto, el poder de fusión. Sin embargo, si el pedestal crece demasiado, puede crear explosiones de calor de ELM al colapsar repentinamente.
Por lo tanto, la clave es controlar la altura del pedestal para maximizar la potencia de fusión al tiempo que evita que la capa se vuelva tan alta que desencadene ELM. La combinación requiere un control en tiempo real del proceso ". No se puede preprogramar alguna constanteplan de antemano, ya que las condiciones de plasma y pared pueden evolucionar ", dijo Egemen Kolemen, profesor asistente de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de Princeton y físico PPPL que supervisó el proyecto." El control debe proporcionar ajustes en tiempo real ".
supresión estable de ELM
El sistema desarrollado creó la supresión de ELM en la amplitud o tamaño mínimo de la perturbación magnética. Redujo aún más la amplitud para permitir la recuperación parcial del confinamiento perdido durante el proceso, logrando así una supresión de ELM estable y un alto rendimiento de fusión.
"Laggner y sus colegas han reunido un impresionante conjunto de herramientas de control para regular la estabilidad del plasma del núcleo y el borde en tiempo real", dijo el físico de GA Carlos Paz-Soldan, coautor del documento. "Algún tipo de control adaptativo como las técnicaspionero en este trabajo probablemente será necesario para regular la estabilidad del borde del plasma en ITER ".
Si bien la instalación internacional no solo aplicará el sistema de control desarrollado por PPPL y GA, debe crear su propio método para hacer frente a los ELM. De hecho, "los esquemas de control activo permitirán una operación segura con una ganancia [de fusión] maximizada en dispositivos futuros tales comocomo ITER ", dijeron los autores. Además, agregaron, la implementación de dicho esquema en DIII-D proporciona una prueba de principio y" guía el desarrollo futuro ".
PPPL, en el Campus Forrestal de la Universidad de Princeton en Plainsboro, NJ, se dedica a crear nuevos conocimientos sobre la física de los plasmas gases ultra calientes y cargados y a desarrollar soluciones prácticas para la creación de energía de fusión.administrado por la Universidad para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., que es el mayor defensor individual de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo.visitar energy.gov/science el enlace es externo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por John Greenwald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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