La línea roja muestra la densidad de corriente impulsada a lo largo de la trayectoria de microondas en un plasma DIII-D, con el rojo más oscuro mostrando dónde se conduce la corriente más grande al plasma. Esta figura se modeló con el código de trazado de rayos TORAY-GA. Crédito:Xi Chen, Instalación Nacional de Fusión DIII-D.
Investigadores de la Instalación Nacional de Fusión DIII-D en San Diego han demostrado un nuevo enfoque para inyectar microondas en un plasma de fusión que duplica la eficiencia de una técnica crítica que podría tener importantes implicaciones para futuros reactores de fusión. Los resultados muestran que el lanzamiento de las microondas al plasma a través de una geometría novedosa ofrece mejoras sustanciales en el impulso de corriente del plasma.
El Dr. Xi Chen presentará los hallazgos del equipo en la reunión anual de la División de Física del Plasma de APS de esta semana.
La construcción de reactores de fusión económicos en el futuro requerirá conducir corriente eléctrica de manera eficiente en regiones específicas del plasma, una técnica conocida como impulsión de corriente fuera del eje. La corriente eléctrica mejora la estabilidad del plasma contenido magnéticamente en reactores de fusión en forma de rosquilla conocidos como tokamaks. La corriente permite que el plasma permanezca cohesivo a medida que se calienta a más de 150 millones de grados, donde los átomos de hidrógeno comienzan a fusionarse y liberan grandes cantidades de energía. Una de las técnicas para impulsar la corriente, conocido como Electron-Cyclotron Current Drive (ECCD), utiliza microondas extremadamente potentes para calentar electrones en el plasma. Cuanto más eficientemente interactúen las microondas con los electrones energéticos, cuanto mayor sea el impulso de corriente en el plasma.
Las microondas de ECCD se inyectaban tradicionalmente desde la curva exterior del tokamak hacia el corazón del plasma. Modelado por computadora reciente en DIII-D, sin embargo, La eficiencia predicha podría mejorarse sustancialmente moviendo el punto de inyección hacia la parte superior del tokamak y dirigiéndolo cuidadosamente hacia puntos precisos lejos del centro (Figura 1). Basado en ese modelo, El Dr. Chen dirigió un equipo que diseñó e instaló un nuevo sistema que permite inyectar las microondas desde arriba. Esta nueva configuración de lanzamiento superior alinea la trayectoria de las microondas con el campo magnético y la distribución de energía del plasma, de modo que las microondas interactúen selectivamente solo con los electrones más energéticos, duplicar la eficiencia actual de la unidad.
La predicción de duplicar la eficiencia de la transmisión de corriente fuera del eje debido a una amortiguación de energía de las olas más selectiva a través de un sistema ECCD de lanzamiento superior ha sido validada por experimentos recientes en DIII-D. A la izquierda está la predicción utilizando el código Fokker-Planck cuasi-lineal CQL3D y a la derecha las medidas. Crédito:Xi Chen, Instalación Nacional de Fusión DIII-D
Los resultados experimentales fueron sorprendentes en lo cerca que se alinearon con las ganancias predichas por los modelos de computadora (Figura 2).
"Tenía grandes expectativas de que íbamos a ver mejoras basadas en el modelado, pero nos sorprendió la claridad y rapidez con la que duplicamos la eficiencia en las mediciones reales, ", dijo el Dr. Chen." Estamos muy emocionados de ver estos resultados y creemos que esto podría resultar muy significativo ". Estos resultados proporcionan una validación experimental del enfoque ECCD de lanzamiento superior y podrían ser una consideración importante en la planificación de tokamaks futuros .
