Los científicos que utilizan campos magnéticos para reprimir y controlar en la Tierra las reacciones de fusión que alimentan al sol y las estrellas deben corregir cualquier error en la forma de los campos que contienen las reacciones. Tales errores producen desviaciones de la forma simétrica de los campos en las instalaciones de fusión tokamak en forma de rosquilla que pueden tener un impacto dañino en la estabilidad y el confinamiento del calor, gas de plasma cargado que alimenta las reacciones.

Investigadores dirigidos por científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han encontrado evidencia clara de la presencia de campos de error en la ejecución inicial de 10 semanas del Experimento Nacional de Torus Esférico:Actualización (NSTX-U) , la instalación insignia de fusión en el laboratorio. El método de detección exhaustivo que utilizaron podría proporcionar lecciones para la corrección de errores en futuros dispositivos de fusión como ITER, la gran instalación internacional de fusión en construcción en Francia para demostrar la practicidad de la energía de fusión controlada.

La fusión alimenta el sol y las estrellas

Fusión, el poder que impulsa el sol y las estrellas, es la fusión de elementos ligeros en forma de plasma:el calor, estado cargado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía. Los científicos de todo el mundo buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

En PPPL, los investigadores han reunido una combinación de datos experimentales, medición detallada de la posición de los imanes, y modelado informático de la respuesta del plasma para localizar la fuente de los campos de error NSTX-U. El análisis descubrió un espectro de pequeños campos de error, un resultado inevitable del hecho de que un tokamak no puede ser perfectamente simétrico, pero la mayoría tuvo un impacto fácilmente corregible en el plasma. Sin embargo, Se destacó un hallazgo importante:una ligera desalineación de las bobinas magnéticas que corren por el centro del tokamak y producen los campos que envuelven horizontalmente, o "toroidalmente", alrededor del interior de la embarcación.

La pista que buscaban los científicos

Esta desalineación fue la pista que los científicos habían buscado. "Buscamos la fuente del error con el mayor impacto en el plasma, "dijo el físico Nate Ferraro, primer autor de la investigación que informó la búsqueda y el descubrimiento en Fusión nuclear . "Lo que encontramos fue una pequeña desalineación de las bobinas de la columna central con la carcasa que las encierra".

La ligera desalineación generó errores que repercutieron en el comportamiento del plasma. Entre los problemas estaba un efecto de frenado y bloqueo que evitaba que el borde del plasma girara, y aumento del calentamiento localizado en los componentes que miran al plasma dentro del tokamak.

El descubrimiento de la desalineación siguió al apagado del tokamak para reparaciones en curso a raíz de una falla en la bobina. Los hallazgos de desalineación ahora se están utilizando "para impulsar nuevos requisitos de tolerancia de ingeniería para NSTX-U a medida que se reconstruye, ", dijeron los investigadores. Tales requisitos exigen una tolerancia más estricta entre la columna central y la carcasa que la encierra. La tolerancia más estricta reduciría la desviación de la alineación óptima de los dos componentes a menos de dos centésimas de pulgada a lo largo del eje vertical del tablero central.

El ajuste aliviaría las preocupaciones sobre el aumento del calentamiento localizado y reduciría el frenado y el bloqueo magnéticos, según los autores. Por tanto, tales desarrollos mejorarían la estabilidad del plasma. "A todos los tokamak les preocupan los campos de error, Ferraro dijo. "Lo que estamos tratando de hacer es optimizar el NSTX-U".

Asociación con experimentos

Los hallazgos demuestran la relación entre el Departamento de Teoría PPPL y el experimento NSTX-U, dijo Amitava Bhattacharjee, quien dirige Teoría. "Este es un excelente ejemplo del programa NSTX-U-Theory Partnership que ha sido beneficioso para los departamentos de NSTX-U y Theory en PPPL, y que continúa incluso cuando NSTX-U está en recuperación, "Dijo Bhattacharjee.

Los miembros del equipo de investigación incluyeron científicos de PPPL, Laboratorio Nacional Sandia, Laboratorio Nacional de Atómica General y Oak Ridge. La Oficina de Ciencias del DOE financió el trabajo.