Los investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han obtenido una mejor comprensión de un método prometedor para mejorar el confinamiento del plasma de fusión supercaliente utilizando campos magnéticos. El confinamiento de plasma mejorado podría permitir que un reactor de fusión llamado tokamak esférico se construyera más pequeño y menos costoso. acercando al mundo a reproducir en la Tierra la energía de fusión que alimenta el sol y las estrellas.

El confinamiento mejorado es posible gracias al llamado modo H de pedestal mejorado (EP), una variedad de alto rendimiento, o modo H, estado plasmático que se ha observado durante décadas en los tokamaks de todo el mundo. Cuando un plasma de fusión entra en modo H, requiere menos calentamiento para llegar a las temperaturas supercalientes necesarias para las reacciones de fusión.

La nueva comprensión revela algunos de los mecanismos subyacentes del modo EP H, una condición que los investigadores descubrieron hace más de una década. Los científicos dirigidos por físicos de PPPL ahora han descubierto que el modo H de EP mejora el modo H en tokamaks esféricos al reducir la densidad del borde del plasma.

La densidad reducida ocurre en el modo EP H cuando pequeñas inestabilidades en el borde del plasma se expulsan relativamente frío, partículas de baja energía. Con menos partículas frías con las que chocar, es menos probable que se escapen las partículas más calientes del plasma.

"A medida que las partículas de mayor energía permanecen en el plasma en mayores cantidades, aumentan la presión en el plasma, alimentando las inestabilidades que arrojan partículas más frías y reduciendo aún más la densidad del borde, "dijo el físico de PPPL Devon Battaglia, autor principal de un artículo que informa los resultados en Física de Plasmas . "Por último, la interacción fortuita permite que el plasma se mantenga más caliente con el mismo calentamiento y con pocos cambios en la densidad plasmática promedio ".

Los físicos quieren comprender las condiciones en las que se produce el modo EP H para poder recrearlas en futuras plantas de energía de fusión. "Si pudiéramos ejecutar el plasma con esta característica en un estado estable, proporcionaría una ruta adicional para optimizar el tamaño y la ganancia de potencia de los futuros reactores de fusión, "dijo el físico de PPPL Walter Guttenfelder, uno de los investigadores que contribuyó a los hallazgos.

Los reactores de fusión combinan elementos ligeros en forma de plasma:los estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos para generar grandes cantidades de energía. Los científicos utilizan reactores de fusión para desarrollar el proceso que impulsa al sol y las estrellas para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

Los físicos Rajesh Maingi y David Gates descubrieron el modo H de EP en 2009 mientras usaban el Experimento de toro esférico nacional de PPPL (NSTX), el predecesor del Experimento-Actualización del Toro Esférico Nacional (NSTX-U). "Su descubrimiento fue emocionante porque el plasma confinado se reorganizó e hizo un mejor trabajo al retener su calor sin un gran cambio en la cantidad de plasma". "dijo Battaglia.

"Es como agregar un mejor aislamiento a su casa, ", dijo." Cuanto más se aferra el plasma a su calor, cuanto más pequeño puedas hacer el dispositivo, ya que no necesita capas adicionales de plasma para aislar el núcleo caliente ". Además, él agregó, "al dar un salto en nuestra comprensión de cómo surge el modo EP H, podemos tener más confianza en poder predecir si sucederá. El siguiente paso es utilizar las nuevas capacidades de NSTX-U para demostrar que podemos aprovechar este proceso en nuestros diseños de reactores de fusión ".