Los científicos que buscan capturar y controlar la energía de fusión de la Tierra, el proceso que alimenta el sol y las estrellas, enfrentan el riesgo de interrupciones:eventos repentinos que pueden detener las reacciones de fusión y dañar las instalaciones llamadas tokamaks que las albergan. Investigadores del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), y la Universidad de Washington han desarrollado un prototipo novedoso para controlar rápidamente las interrupciones antes de que puedan tener pleno efecto.

El dispositivo, llamado "inyector de partículas electromagnéticas" (EPI), es un tipo de cañón de riel que dispara un proyectil de alta velocidad desde un par de rieles electrificados hacia un plasma al borde de la ruptura. El proyectil llamado "sabot, "libera una carga útil de material en el centro del plasma que irradia, o se extiende, la energía almacenada en el plasma, reduciendo su impacto en el interior del tokamak.

Cargas útiles profundamente penetrantes

Este proceso puede resultar más rápido y permitir que las cargas útiles penetren más profundamente en el plasma que las técnicas más desarrolladas en la actualidad. Los sistemas actuales liberan gas presurizado o gránulos rotos propulsados ​​por gas usando una válvula de gas en el plasma, pero con velocidad limitada por la masa de las partículas de gas. "La principal ventaja del concepto EPI sobre los sistemas propulsados ​​por gas es su potencial para cumplir escalas de tiempo de alerta breves, "dijo Roger Raman, un físico de la Universidad de Washington en asignación a largo plazo a PPPL y autor principal de un Fusión nuclear papel que describe el nuevo sistema.

El riesgo de interrupciones es particularmente grande para ITER, el gran tokamak internacional en construcción en Francia para demostrar la viabilidad de la energía de fusión. ITER es denso, descargas de plasma de alta potencia, el estado de la materia que alimenta las reacciones de fusión, dificultará que los métodos actuales de mitigación propulsados ​​por gas penetren lo suficientemente profundamente en el altamente energético plasma ITER como para tener un buen efecto.

En ITER, la mitigación se desea en menos de 20 milisegundos, o miles de segundo, de la advertencia de una interrupción, con 10 milisegundos como ideal. Las pruebas del prototipo EPI muestran que puede entregar una carga útil de partículas del tamaño correcto en menos de 10 milisegundos. en comparación con 30 milisegundos para los sistemas propulsados ​​por gas.

El Prototipo, construido en la Universidad de Washington, se remonta a un sistema de alimentación de reactores de fusión en el que Raman trabajó hace años. Ese sistema inyectaba plasmoides, plasmas en forma de fútbol con sus propios campos magnéticos, que se inyectaron en un plasma de fusión a alta velocidad. Raman adaptó algunas características del sistema para permitir inyectar mucha más masa en una configuración más simple, como sería necesario para un modo de funcionamiento en espera prolongado, para desarrollar el EPI.

Rieles conductores de electricidad

El prototipo aloja el casquillo entre dos rieles conductores de electricidad ubicados a una distancia de 2 a 3 centímetros y conectados a un banco de condensadores que contiene una carga eléctrica. La descarga del banco produce fuerzas electromagnéticas que aceleran el sabot, permitiendo la liberación de la carga útil en solo 2 milisegundos. El material, consistentes en gránulos o pellets de metales ligeros, irradiaría la energía de una interrupción desde el centro del plasma hasta el borde, difundiendo la energía y debilitando su impacto en las paredes del tokamak.

Se ha propuesto que en PPPL se lleve a cabo un mayor desarrollo del sistema EPI. Los planes prevén la construcción de prototipos de segunda y tercera generación con campos magnéticos cada vez más fuertes durante un período de tres años. seguido del despliegue en un tokamak en el cuarto año. Resultados hasta ahora, como se informa en Fusión nuclear , proporcionar cierto grado de confianza en que se puede desarrollar un sistema EPI eficaz para mitigar las interrupciones importantes del ITER.