Sección transversal de un plasma tokamak, con eje de simetría cilíndrico en el lado izquierdo, que muestra una solución potencial al desafío del escape de energía de fusión:(1) plasma de núcleo simétrico de arriba a abajo, definidos por puntos x magnéticos y (2) diseñados especialmente, canales de escape de patas largas para disipar la energía a través de la radiación, interacción con el gas y un punto x magnético secundario en la pierna. Crédito:MIT
La fusión magnética se trata de gestionar la interfaz entre el plasma caliente y los materiales ordinarios. El fuerte campo magnético de un tokamak, el recipiente utilizado en este enfoque de fusión, es un aislante muy eficaz; es capaz de reducir la temperatura del plasma en un factor de 100, de más de 100 millones de grados Celsius en el centro a "sólo" 1 millón de grados en el borde. Sin embargo, esto no es lo suficientemente bajo. Por lo tanto, el trabajo del plasma límite es reducir la temperatura en otro factor de 100 antes de que entre en contacto con la pared.
Desafortunadamente, esta capa límite tiende a ser muy delgada, enfocando el poder en un área pequeña. Se proyecta que las plantas de energía tengan densidades de potencia de escape superiores a 100 veces la superficie del sol y un factor 10 más alto que los experimentos actuales. superando con creces los límites que pueden soportar las superficies de material. Es más, Niveles extremos de escape de energía pueden surgir abruptamente, presentando un desafío de control muy difícil.
Afortunadamente, Los investigadores están descubriendo ahora que los canales de escape de plasma de patas largas (o desviadores) pueden proporcionar la solución necesaria para las plantas de energía de fusión. Estos hacen un uso inteligente de los puntos x:ubicaciones especiales donde la topología del campo magnético puede expandirse y redirigir el flujo de escape de plasma a múltiples canales.
Primero, se crea un núcleo de plasma simétrico de arriba a abajo, definido por dos puntos x magnéticos primarios. En esta configuración, Los experimentos indican que aproximadamente el 90 por ciento del calor sale del plasma central en la mitad exterior del dispositivo a lo largo de las dos patas exteriores [Resumen 1]. Extender la longitud de los canales externos e incrustar puntos X secundarios en ellos mejorará el manejo del escape de potencia. Además, esta configuración promueve la acumulación de altas presiones de gas en las piernas.
Simulación de escape de energía y radiación en un canal de escape de plasma de pierna larga que contiene un punto x magnético secundario. El escape de calor de plasma se acomoda completamente mediante una capa radiante pasivamente estable, evitar que el plasma caliente entre en contacto con las paredes del material. A medida que aumenta la potencia de escape, la ubicación de la capa radiante se mueve hacia abajo de la pierna. El punto x magnético incorporado actúa como un tope para manejar los niveles de potencia más intensos. Crédito:MIT
Se realizó una evaluación reciente de las capacidades de manejo de potencia de configuraciones de desviadores de pierna larga y se comparó con configuraciones convencionales utilizando un código de simulación de plasma de borde desarrollado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore que podía manejar puntos X magnéticos en la pierna [Resumen 2]. Los efectos combinados de la geometría magnética de patas largas, Se ha descubierto que las interacciones mejoradas entre gas y plasma y la presencia de un punto x magnético secundario aumentan la capacidad de manejo de la potencia máxima hasta en un factor de 10 en comparación con los desviadores convencionales, un resultado sin precedentes.
Más importante, el punto x secundario produce una capa radiante estable que se adapta completamente al escape de calor del plasma, eliminando el contacto del plasma caliente en las paredes del material incluso cuando la potencia de escape del plasma se varía en un factor de 10. Esto hace que el escape de potencia sea fácil de controlar. Como el poder es variado, la ubicación de la capa de radiación simplemente se mueve hacia arriba o hacia abajo de la pierna según sea necesario para igualar la potencia entrante (Figura 2). La capa radiante permanece en la rama del desviador y no impacta los puntos x primarios, lo que degradaría el rendimiento del plasma central.
Estos resultados, combinado con otros, están contribuyendo a la planificación de los dispositivos experimentales del siguiente paso que probarían las ideas de escape de energía a densidades de potencia a nivel de reactor [Resumen 3].
