En su último día de funcionamiento, El tokamak Alcator C-Mod del Centro de Fusión y Ciencia del Plasma del Instituto de Tecnología de Massachusetts estableció un nuevo récord de presión de plasma en un dispositivo de confinamiento magnético. Estos resultados ayudan a validar el enfoque de campo alto para la energía de fusión, lo que podría conducir a más pequeños, Plantas de energía de fusión más baratas.

La energía de fusión requiere que el producto de tres factores:la densidad de partículas de un plasma, su tiempo de encierro, y su temperatura (el llamado "producto triple") - excede un cierto valor umbral. Por encima de este valor, la energía liberada por el proceso de fusión excede la energía requerida para mantener la reacción.

Presión, que es el producto de la densidad y la temperatura, representa aproximadamente dos tercios de ese desafío. La densidad de potencia de fusión aumenta con el cuadrado de la presión, por lo que duplicar la presión conduce a un aumento de cuatro veces en la producción de energía. Y dado que la economía de la energía de fusión estará dominada por los costos de capital, Las densidades de alta potencia serán esenciales.

C-Mod es un compacto, tokamak de campo alto, que ha producido una gran cantidad de resultados nuevos e importantes desde que comenzó a funcionar en 1993, aportando datos que amplían las pruebas de modelos físicos críticos a nuevos rangos de parámetros y a nuevos regímenes. El equipo de investigación incluye científicos, ingenieros técnicos y estudiantes del MIT y un gran número de instituciones colaboradoras nacionales e internacionales. Sus capacidades únicas y sin precedentes fluyen directamente del poderoso electroimán en el corazón de su diseño.

Durante los 23 años que Alcator C-Mod ha estado en funcionamiento, ha avanzado repetidamente el récord de presión de plasma en un dispositivo de confinamiento magnético. El valor anterior de 1,77 atmósferas, establecido en C-Mod en 2005, fue eclipsada por el nuevo récord de 2,05 atmósferas (en otras unidades 2,1 Bar o 0,21 MPa). Estos últimos valores se alcanzaron empleando más de 4 megavatios de calefacción por radiofrecuencia, elevando la temperatura dentro de C-Mod a más de 35 millones de grados Celsius o aproximadamente dos veces más caliente que el centro del sol. La máquina funcionaba con una intensidad de campo magnético central de 5,7 Tesla y 1,4 millones de amperios de corriente eléctrica.

En estos nuevos experimentos, los resultados de C-Mod excedieron la siguiente presión más alta, logrado en otros dispositivos, en aproximadamente un 70 por ciento. A menos que se anuncie y construya un nuevo experimento, el récord de presión que se acaba de establecer en C-Mod probablemente se mantendrá durante al menos los próximos 15 años. ITER, un tokamak actualmente en construcción en Francia, será aproximadamente 800 veces mayor en volumen de plasma que C-Mod, pero funcionará con un campo magnético más bajo. Se espera que el ITER alcance 2,6 atmósferas cuando esté en pleno funcionamiento para 2032, según un informe reciente del Departamento de Energía de EE. UU.

En 2012, el DOE decidió poner fin a la financiación de C-Mod debido a las presiones presupuestarias derivadas de la construcción del ITER. Tras esa decisión, el Congreso de los Estados Unidos restauró los fondos a C-Mod por un período de tres años, que terminó el 30 de septiembre.

A lo largo de su vida Los resultados de C-Mod han respaldado directamente las decisiones de diseño y la planificación operativa del ITER. Al mismo tiempo, señalan el camino hacia un camino de desarrollo de fusión que ofrecería características más compactas, dispositivos de campo superior.

Como se señaló anteriormente, La densidad de potencia de fusión aumenta con el cuadrado de la presión de plasma, que a su vez se escala como el cuadrado del campo magnético. Por tanto, la densidad de potencia de fusión aumenta como cuarta potencia del campo magnético. La ganancia de energía escala con la tercera potencia del campo. De estos argumentos, Está claro que los dispositivos de fusión más rentables funcionarían con los campos más altos que se pueden diseñar de manera confiable. En varias ocasiones anteriores, cuando Estados Unidos planeaba construir sus propios dispositivos de plasma ardiente, por ejemplo, el CIT propuesto, Dispositivos BPX y FIRE, el argumento del precio al rendimiento llevó a diseños compactos de campo alto. Mirando hacia el futuro y considerando los costos sustanciales y el cronograma extendido de construcción del ITER, que fue diseñado con tecnología de imán superconductor de campo moderado, una ruta de desarrollo que presenta un campo superior parece atractiva.

Hasta hace poco, la opción de campo alto solo estaba abierta para experimentos pulsados, ya que los superconductores convencionales basados ​​en niobio tienen corrientes y campos críticos que limitarían los imanes de fusión de gran volumen a aproximadamente 6 Tesla. Sin embargo, La madurez industrial de los llamados superconductores de alta temperatura (HTS) basados ​​en compuestos de tierras raras como el itrio-bario-óxido de cobre (YBCO) es un cambio de juego. Un concepto de planta piloto de fusión, llamado ARC, ha sido desarrollado en MIT para explorar las capacidades habilitadas por la nueva tecnología superconductora. Este estudio mostró que una máquina del tamaño del tokamak JET, funcionando con imanes HTS a 9 Tesla y con parámetros de plasma normalizados ya alcanzados en los experimentos actuales, podría producir 500 megavatios de energía de fusión y 200 megavatios de electricidad neta.