Un desafío clave para capturar y controlar la energía de fusión en la Tierra es mantener la estabilidad del plasma, el gas cargado eléctricamente que alimenta las reacciones de fusión, y mantenerlo millones de grados caliente para lanzar y mantener las reacciones de fusión. Este desafío requiere controlar islas magnéticas, estructuras similares a burbujas que se forman en el plasma en instalaciones de fusión tokamak en forma de rosquilla. Estas islas pueden crecer enfriar el plasma y desencadenar interrupciones (la liberación repentina de energía almacenada en el plasma) que pueden detener las reacciones de fusión y dañar seriamente las instalaciones de fusión que las albergan.

Control de isla mejorado

La investigación realizada por científicos de la Universidad de Princeton y del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) apunta hacia un mejor control de las problemáticas islas magnéticas en ITER, el tokamak internacional en construcción en Francia, y otras futuras instalaciones de fusión que no pueden permitir grandes interrupciones. "Esta investigación podría abrir la puerta a esquemas de control mejorados que antes se consideraban imposibles de obtener, "dijo Eduardo Rodríguez, estudiante de posgrado en el Programa de Princeton en Física del Plasma y primer autor de un artículo en Física de Plasmas que informa los hallazgos.

La investigación sigue el trabajo anterior de Allan Reiman y Nat Fisch, que identificó un nuevo efecto llamado "condensación de corriente de RF [radiofrecuencia]" que puede facilitar enormemente la estabilización de islas magnéticas. El nuevo Física de Plasmas el artículo muestra cómo hacer un uso óptimo del efecto. Reiman es investigador distinguido en PPPL y Fisch es profesor de la Universidad de Princeton y director del Programa de Princeton en Física del Plasma y director adjunto de Asuntos Académicos en PPPL.

Las reacciones de fusión combinan elementos ligeros en forma de plasma, el estado de la materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, para generar cantidades masivas de energía en el sol y las estrellas. Los científicos de todo el mundo buscan reproducir el proceso en la Tierra para obtener un suministro prácticamente inagotable de energía limpia y segura para generar electricidad para toda la humanidad.

El nuevo papel basado en un modelo analítico simplificado, se centra en el uso de ondas de RF para calentar las islas e impulsar la corriente eléctrica que hace que se encojan y desaparezcan. Cuando la temperatura sea lo suficientemente alta, Pueden ocurrir interacciones complicadas que conducen al efecto de condensación de la corriente de RF, que concentra la corriente en el centro de la isla y puede mejorar enormemente la estabilización. Pero a medida que aumenta la temperatura, y el gradiente de temperatura entre el borde más frío y el interior caliente de la isla se hace más grande, el gradiente puede generar inestabilidades que hacen más difícil aumentar aún más la temperatura.

Punto-contrapunto

Este punto-contrapunto es un indicador importante de si las ondas de RF lograrán su objetivo de estabilización. "Analizamos la interacción entre la condensación actual y el aumento de la turbulencia del gradiente que crea el calentamiento para determinar si el sistema está estabilizado o no, Rodríguez dice. "Queremos que las islas no crezcan". El nuevo artículo muestra cómo controlar la potencia y la orientación de las ondas para hacer un uso óptimo del efecto de condensación de la corriente de RF, teniendo en cuenta las inestabilidades. Centrarse en esto puede conducir a una mejor estabilización de los reactores de fusión, "Dijo Rodríguez.

Los investigadores ahora planean introducir nuevos aspectos en el modelo para desarrollar una investigación más detallada. Dichos pasos incluyen el trabajo que se está realizando para incluir el efecto de condensación en los códigos de computadora para modelar el comportamiento de las ondas de RF lanzadas y su verdadero efecto. En última instancia, la técnica se utilizaría para diseñar esquemas óptimos de estabilización de islas.