Las simulaciones reproducen la temperatura del plasma (arriba) y la densidad (abajo) en la región del desviador. Crédito:ORNL
Los investigadores que trabajan en el tokamak DIII-D en San Diego están trabajando para mostrar cómo el transporte de plasma y la física atómica se unen para proporcionar soluciones de escape de energía.
Uno de los grandes desafíos que enfrentan los científicos de la fusión es lidiar con los flujos de energía masivos agotados por los plasmas de fusión. que se crean en dispositivos llamados tokamaks como la Instalación Nacional de Fusión DIII-D. Dejado a sus propios dispositivos, el intenso poder transportado en un plasma tokamak se concentraría en un área tan pequeña que destruiría rápidamente cualquier material en su camino.
La estrategia estándar para manejar el escape de energía en los reactores es convertir el calor en radiación electromagnética, que distribuye el poder de manera más uniforme y le da a las paredes metálicas que rodean el plasma una oportunidad de luchar. Este proceso ocurre en el desviador del tokamak, un dispositivo que sirve como zona de amortiguación entre el plasma de fusión y las paredes de la cámara circundante.
Hasta ahora, las simulaciones han predicho mucha menos radiación de la que se mide en los experimentos. Esto se ha atribuido a la sumamente complicada combinación de física atómica y molecular que está en juego en la región del desviador. lo cual es un desafío para incluirlo por completo en las simulaciones. Los investigadores de DIII-D han adoptado otro enfoque para estudiar el problema:eliminar la física molecular del experimento ejecutando plasmas con helio, un gas noble que no forma moléculas (Figura 1).
Los altos niveles de radiación encontrados en los experimentos de tokamak también se encuentran en simulaciones Crédito:ORNL
Estos experimentos han demostrado que la radiación se puede reproducir completamente en simulaciones, siempre que se tengan en cuenta con precisión los parámetros del plasma del desviador (Figura 2). Hacer esta contabilidad se basó en hacer coincidir la densidad medida directamente en el desviador, una medida disponible exclusivamente en DIII-D. Usando mediciones en el borde más distante del plasma principal como entrada a la simulación, como se hace habitualmente, no es lo suficientemente bueno, poniendo de manifiesto que falta un eslabón en el transporte de plasma que conecta el plasma principal al desviador. Una vez que esto se tiene en cuenta, el plasma dentro del desviador también se puede reproducir utilizando los modelos.
"Estos resultados dan mucha más confianza en nuestra capacidad de utilizar simulaciones para diseñar soluciones de escape radiante para el futuro, que es fundamental para el éxito del esfuerzo de fusión, "dijo el Dr. John Canik del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, que dirigió el equipo que incluía científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y Atómica General, que opera la instalación DIII-D en cooperación con el Departamento de Energía de EE. UU.
Este éxito también apunta a la importancia de capturar la física atómica y molecular más complicada de los plasmas estándar. explicó el Dr. Canik. Los resultados del equipo se informarán en la 58a conferencia anual de la División de Física del Plasma de la Sociedad Estadounidense de Física en San José.
"Este trabajo ha sacado a relucir un 'eslabón perdido' en el transporte de plasma que conecta el desviador con el plasma principal, " él dijo, señalando que su trabajo será objeto de experimentos futuros.
