Los tokamaks en forma de rosquilla, instalaciones diseñadas para reproducir la energía de fusión que alimenta el sol y las estrellas en la Tierra, deben resistir fuerzas que pueden ser más fuertes que los huracanes creados por interrupciones en el plasma que alimenta las reacciones de fusión. Hallazgos recientes de físicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) muestran que ciertas fuerzas liberadas por interrupciones actúan de manera sorprendente. Los resultados podrían permitir a los diseñadores de grandes instalaciones futuras como ITER, el tokamak internacional en construcción en Francia, para contener mejor las fuerzas que podrían dañar seriamente la instalación.

Dos fuerzas

Causando estas fuerzas producidas por interrupciones llamadas "eventos de desplazamiento vertical" (VDEs) son corrientes "parásitas" que se arremolinan dentro de las paredes internas de un tokamak y corrientes "halo" que entran y salen de las paredes. Sin embargo, no importa cuán fuertes crezcan las corrientes de halo, las fuerzas totales que chocan contra las paredes no se vuelven más poderosas. Resultados de simulaciones PPPL de última generación, utilizando el código insignia M3D-C1 de PPPL, demuestre que cualquier aumento en la corriente de halo se compensa inesperadamente con una reducción en la corriente de Foucault, al igual que las pérdidas compensan las ganancias en una cuenta bancaria como si fuera un juego de suma cero.

"Lo que encontramos fue que cambiar la corriente del halo no afecta la fuerza vertical total, "dijo Cesar Clauser, un becario de posgrado de PPPL que dirigió la investigación informó en Fusión nuclear . "Este fue un resultado sorprendente e interesante".

Fusion combina elementos ligeros en forma de plasma, el caliente, estado cargado de la materia compuesta por electrones libres y núcleos atómicos. Los físicos buscan capturar y controlar la fusión en la Tierra para producir una fuente de energía limpia y prácticamente ilimitada para generar electricidad.

Los investigadores de PPPL tenían como objetivo comparar su modelo sofisticado con los resultados de los modelos simplificados que utiliza ITER para calcular las fuerzas disruptivas. "Una de las implicaciones de nuestro estudio es que la medición de la corriente del halo podría ser una aproximación de las fuerzas totales, "dijo el físico de PPPL Nate Ferraro, coautor del artículo con el físico de PPPL Stephen Jardin. "Esto podría conducir a una comprensión más completa".

Código PPPL avanzado

El código PPPL avanzado M3D-C1 reveló la estrecha relación entre las fuerzas de las corrientes de Foucault y de halo en los plasmas ITER y mostró que el cambio de la corriente de halo no afectaba a las fuerzas verticales totales. "Las simulaciones cubrieron una amplia gama de casos de corrientes de halo, ya que queríamos buscar el peor de los casos, "Dijo Clauser.

Las simulaciones bidimensionales analizaron la fuerza total producida por las dos corrientes, pero no la distribución de fuerzas dentro de las paredes del ITER. Los estudios tridimensionales futuros modelarán la distribución para buscar trayectorias para corrientes de halo que las corrientes parásitas podrían no compensar.