Los físicos son como abejas:pueden polinizar de forma cruzada, tomar ideas de un área y usarlas para desarrollar avances en otras áreas. Los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han transferido una técnica de un ámbito de la física del plasma a otro para permitir el diseño más eficiente de potentes imanes para instalaciones de fusión en forma de rosquilla conocidas como tokamaks. Tales imanes confinan y controlan el plasma, el cuarto estado de la materia que constituye el 99 por ciento del universo visible y alimenta las reacciones de fusión.

Diseñar estos imanes no es sencillo, especialmente cuando deben tener una forma precisa para crear complejos, Campos magnéticos tridimensionales para controlar las inestabilidades del plasma. Por lo que es apropiado que la nueva técnica provenga de científicos que diseñan esteladores, dispositivos de fusión en forma de bucle que requieren imanes tan cuidadosamente construidos. En otras palabras, Los científicos de PPPL están utilizando un código informático estelarizador para visualizar la forma y la fuerza de los imanes tokamak retorcidos que pueden estabilizar los plasmas tokamak y sobrevivir a las condiciones extremas que se esperan en un reactor de fusión.

Esta información podría facilitar la construcción de instalaciones de fusión de tokamak que traen el poder del sol y las estrellas a la Tierra. "En el pasado, fue un viaje de descubrimiento, "dijo Nik Logan, un físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore del DOE que dirigió la investigación mientras estaba en PPPL. "Tenías que construir algo, Pruébalo , y utilice los datos para aprender a diseñar el próximo experimento. Ahora podemos usar estas nuevas herramientas computacionales para diseñar estos imanes más fácilmente, utilizando principios extraídos de años de investigación científica ". Los resultados se han informado en un artículo publicado en Fusión nuclear .

Fusión, el poder que impulsa el sol y las estrellas, combina 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 buscan replicar la fusión en la Tierra para obtener un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad.

Los hallazgos podrían ayudar a la construcción de tokamaks al compensar la imprecisión que ocurre cuando una máquina se traslada de un diseño teórico a un objeto de la vida real. o aplicando campos magnéticos 3D controlados con precisión para suprimir las inestabilidades del plasma. "La realidad de construir cualquier cosa es que no es perfecto, "Logan dijo." Tiene pequeñas irregularidades. Los imanes que estamos diseñando con esta técnica de estelarización pueden corregir algunas de las irregularidades que ocurren en los campos magnéticos y controlar las inestabilidades ". Hacerlo ayuda a que el campo magnético estabilice el plasma para que no se produzcan explosiones de calor y partículas potencialmente dañinas.

Logan y sus colegas también aprendieron que estos imanes podrían actuar sobre el plasma incluso cuando se colocan a una distancia relativamente grande de hasta varios metros de las paredes del tokamak. "Esas son buenas noticias porque cuanto más cerca están los imanes del plasma, Cuanto más difícil es diseñarlos para cumplir con las duras condiciones cerca de los reactores de fusión, "Dijo Logan." Cuanto más equipo podamos colocar a una distancia del tokamak, el mejor."

La técnica se basa en FOCUS, un código de computadora creado principalmente por el físico de PPPL Caoxiang Zhu, un científico de optimización de stellarator, para diseñar complicados imanes para instalaciones de stellarator. "Cuando estaba construyendo FOCUS por primera vez como becario postdoctoral en PPPL, Nik Logan se detuvo en mi presentación de póster en una conferencia de la Sociedad Estadounidense de Física, "Dijo Zhu." Más tarde tuvimos una conversación y nos dimos cuenta de que había una oportunidad de aplicar el código FOCUS a los proyectos de tokamak ".

La colaboración entre diferentes subcampos es emocionante. "Me alegra ver que mi código se puede ampliar a una gama más amplia de experimentos, "Zhu señaló." Creo que esta es una hermosa conexión entre los mundos tokamak y stellarator ".

Aunque durante mucho tiempo fue la instalación de fusión número dos detrás de los tokamaks, Los estelaradores se utilizan ahora más ampliamente porque tienden a crear plasmas estables. Los Tokamaks son actualmente la primera opción para el diseño de un reactor de fusión, pero sus plasmas pueden desarrollar inestabilidades que podrían dañar los componentes internos de un reactor.

Ahora, Los investigadores de PPPL están utilizando esta nueva técnica para diseñar y actualizar imanes para varios tokamaks en todo el mundo. La lista incluye COMPASS-U, un tokamak operado por la Academia Checa de Ciencias; y la instalación de Investigación Avanzada de Tokamak Superconductores de Corea (KSTAR).

"Es un papel muy práctico que tiene aplicaciones prácticas, y efectivamente tenemos algunos interesados, Logan dijo. "Creo que los resultados serán útiles para el futuro del diseño de tokamak".