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    El nuevo sistema de retroalimentación podría permitir un mayor control sobre el plasma de fusión

    Goumiri ha creado un nuevo sistema que permitirá a los científicos controlar la energía y la rotación del plasma en tiempo real en una máquina con forma de rosquilla conocida como tokamak. Crédito:Eli Parke

    Como un alfarero que da forma a la arcilla que gira sobre una rueda, Los físicos utilizan campos magnéticos y potentes rayos de partículas para controlar y dar forma al plasma mientras gira y gira a través de un dispositivo de fusión. Ahora, un físico ha creado un nuevo sistema que permitirá a los científicos controlar la energía y la rotación del plasma en tiempo real en una máquina con forma de rosquilla conocida como tokamak.

    "Al diseñar máquinas de fusión, Cada vez es más importante utilizar sistemas de control y técnicas de modelado extraídas del mundo de la ingeniería aeronáutica. "dijo Imène Goumiri, el científico que dirigió el trabajo. "Lo nuevo es que estas herramientas ahora se han aplicado a problemas de física del plasma; eso es lo que hace que esta investigación sea única". Goumiri era un estudiante de doctorado de la Universidad de Princeton que realizó una investigación en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) y ahora es físico en la Universidad de Wisconsin-Madison.

    El sistema de Goumiri, conocido como controlador de retroalimentación, incluye sensores dentro del tokamak que están vinculados a un algoritmo informático que interpreta los datos que recopilan los sensores. El algoritmo activa seis haces de partículas neutras que calientan y hacen girar el plasma dentro del tokamak y activa seis bobinas magnéticas rectangulares situadas alrededor del exterior de la máquina. "Esta es la primera vez que estos dos actuadores se utilizan juntos para controlar el perfil de rotación del plasma, "dijo Steven Sabbagh, un científico investigador senior y profesor adjunto de física aplicada en la Universidad de Columbia que ha colaborado con PPPL durante 27 años y fue uno de los coautores del artículo.

    Controlando la rotación, los físicos pueden evitar que las inestabilidades degraden el campo magnético y permitan que el plasma se disipe, apagando las reacciones de fusión.

    Los investigadores diseñaron el algoritmo para la actualización del experimento de toro esférico nacional (NSTX-U), que tiene un sistema de haz neutro mejorado que afecta la rotación del plasma al chocar con las partículas cargadas del plasma y transferir el impulso. El sistema tiene dos emisores con tres fuentes de haz neutro cada uno. Un emisor apunta al núcleo del plasma mientras que el otro apunta al borde para ejercer influencia sobre el plasma como un todo. Un sistema de imán flexible permite a los físicos controlar aún más la distribución de la rotación del plasma. En general, el algoritmo usa las bobinas magnéticas y los emisores de haz neutro en diferentes combinaciones para cambiar la forma en que giran las diferentes regiones del plasma.

    El algoritmo también equilibra los efectos de los imanes y los rayos neutrales para asegurarse de que el plasma general no se mueva bruscamente de una velocidad a otra. El objetivo es conseguir una determinada cantidad de calor de plasma, o energía almacenada, junto con la rotación de plasma deseada, una innovación de la que carecía una versión anterior del algoritmo.

    Goumiri y el equipo probaron el nuevo algoritmo del controlador en un tokamak simulado creado por el código de computadora TRANSP, un programa diseñado por PPPL utilizado en la investigación de fusión magnética en todo el mundo. La prueba mostró que el algoritmo podría modificar con éxito tanto el perfil de rotación del plasma como la energía almacenada de manera que aumentaría la estabilidad del plasma.

    En el futuro, Goumiri espera probar su algoritmo de controlador en NSTX-U. Una vez en funcionamiento, las lecciones que los físicos aprendan del uso del algoritmo podrían influir en el diseño de futuros reactores de fusión. Dichos reactores tendrán más de un algoritmo para controlar la rotación del plasma, corriente eléctrica, y la forma del plasma. La investigación futura deberá centrarse en cómo todos los controladores operan juntos y diseñar un sistema global que permitirá que los controladores operen armoniosamente.

    Esta investigación fue publicada en febrero de 2017 en la versión en línea de Física de Plasmas y fue financiado por la Oficina de Ciencias del DOE (Fusion Energy Sciences).

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