Estelaradores, máquinas retorcidas que albergan reacciones de fusión, Confíe en bobinas magnéticas complejas que son difíciles de diseñar y construir. Ahora, un físico del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha desarrollado una técnica matemática para ayudar a simplificar el diseño de las bobinas, haciendo de los esteladores una instalación potencialmente más rentable para producir energía de fusión.

"Nuestro principal resultado es que se nos ocurrió un nuevo método para identificar los campos magnéticos irregulares producidos por las bobinas estelarizadoras, "dijo el físico Caoxiang Zhu, autor principal de un artículo que informa los resultados en Fusión nuclear . "Esta técnica puede permitirle saber de antemano qué formas y ubicaciones de bobinas podrían dañar el confinamiento magnético del plasma, prometiendo un tiempo de construcción más corto y costos reducidos ".

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. Twisty, Los estelaradores en forma de buñuelo son una alternativa a los tokamaks en forma de rosquilla que son más utilizados por los científicos que buscan replicar la fusión en la Tierra para un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

Un beneficio clave de los esteladores es su producción de plasmas altamente estables que son menos propensos a las disrupciones dañinas en las que pueden incurrir los tokamaks. Pero la complejidad de las bobinas esteladoras ha sido un factor que frena el desarrollo de tales instalaciones.

Las bobinas de un estelador deben estar construidas y dispuestas alrededor de la cámara de vacío con mucha precisión, dado que las desviaciones de la mejor disposición de la bobina crean golpes y meneos en el campo magnético que degradan el confinamiento magnético y permiten que el plasma escape. Estos campos magnéticos problemáticos pueden ser causados ​​fácilmente por la colocación incorrecta de las bobinas magnéticas, por lo que los ingenieros estipulan tolerancias estrictas para estos componentes.

"El gran desafío de construir stellarators es descubrir cómo fabricarlos de manera simple y económica, ", dijo el científico jefe de PPPL, Michael Zarnstorff." La investigación de Zhu es importante porque está tratando de observar con más cuidado y cuantitativamente algunos de los factores que impulsan el costo. Sus resultados sugieren que podemos simplificar la construcción de estelarizadores y, por lo tanto, hacerlos más fáciles y menos costosos de construir. al no insistir en tolerancias estrictas para cosas que no importan ".

En el pasado, Los científicos han utilizado simulaciones por computadora para determinar qué ubicaciones de bobinas serían las mejores, comprobar las reacciones del plasma a todas las posibles configuraciones magnéticas antes de que se construyera el estelarizador. Pero debido a que hay muchas formas de variar las bobinas, "este enfoque requiere recursos de computación masivos y horas de trabajo, ", dijo Zhu." En este documento, proponemos un nuevo método matemático para identificar rápidamente las desviaciones peligrosas de la bobina que podrían aparecer durante la fabricación y el ensamblaje ".

El método se basa en una matriz de Hesse, una herramienta matemática que permite a los investigadores determinar qué variaciones de las bobinas magnéticas pueden hacer que el plasma cambie sus propiedades. "La idea es averiguar qué perturbaciones realmente debe controlar o evitar, y que puedes ignorar, "Dijo Zhu.

El equipo confirmó recientemente la precisión del nuevo método utilizándolo para analizar la ubicación de las bobinas para una configuración similar a la del Columbia Non-Neutral Torus. una pequeña instalación de fusión operada por la Universidad de Columbia. Compararon los resultados con los producidos por estudios anteriores basados ​​en métodos convencionales y encontraron que estaban de acuerdo. El equipo ahora está colaborando con investigadores en China para utilizar el método para optimizar la colocación de la bobina en el primer Stellarator cuasi-axisimétrico chino (CFQS), Actualmente en construcción.

La nueva técnica podría ayudar a los científicos a diseñar mejores estelaradores, Dijo Zhu. Podría hacer posibles formas de identificar una disposición óptima de bobinas que nadie había considerado antes.