La investigación de un problema posiblemente crítico con los estelaradores magnéticos retorcidos, candidatos prometedores para servir como modelos para una planta piloto de fusión de EE. UU., ha aclarado el impacto potencial de una preocupación que en gran medida se pasa por alto.

El hallazgo en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) demuestra cómo los cambios periódicos en la fuerza y ​​​​la forma de los campos magnéticos estelares pueden, bajo ciertas condiciones teóricas, facilitar la rápida pérdida de confinamiento de partículas de plasma de alta energía. que alimentan las reacciones de fusión.

Alta energía

"Si quieres hacer fusión nuclear, debes tener mucha energía", dijo el físico principal de PPPL, Roscoe White, autor principal de Physics of Plasmas. artículo que los editores han seleccionado como "scilight" o ciencia destacada.

Su artículo identifica un nuevo tipo de pérdida de partículas energéticas, dijo Félix Parra Díaz, jefe del Departamento de Teoría de PPPL. "Hasta ahora, los estudios se han centrado en controlar otros tipos de pérdidas energéticas que son dominantes, y ahora estamos tratando de reducir aún más las pérdidas de partículas energéticas", dijo Parra Díaz. "El documento en el que se basan estos hallazgos identifica un mecanismo que debemos incluir al diseñar la forma óptima de los campos magnéticos estelares.

"Si bien este mecanismo está incluido en nuestros análisis más detallados de las configuraciones de stellarator entre muchos otros efectos, no se ha señalado como un problema que deba abordarse. No podemos usar el análisis detallado para la optimización de stellarator debido a su costo computacional. Es por eso que El artículo de Roscoe es importante:identifica el problema y propone una forma eficiente de evaluar y optimizar la forma del stellarator para evitarlo. Esto nos brinda la oportunidad de desarrollar configuraciones de stellarator que son incluso mejores que las existentes".

Los mecanismos que crean este problema son los llamados "resonancias", que describen los caminos que siguen las partículas mientras orbitan los campos magnéticos que se ejecutan alrededor de la máquina. Cuando las partículas son resonantes, regresan repetidamente al punto de partida. Dichos retornos permiten inestabilidades, o modos, en el gas de plasma cargado y caliente para crear lo que se denominan islas en el camino de las órbitas, lo que permite que las partículas y su energía escapen del confinamiento.

White usó un código de software de alta velocidad para buscar inestabilidades llamadas "modos Alfven" que pueden crear islas en tokamaks en forma de rosquilla, que son instalaciones de fusión experimental más utilizadas. "Así que pensé, 'Está bien', también iré a ver stellarators", dijo. Y en stellarators, "algo muy diferente está sucediendo", encontró.

Modos no necesarios

"Resulta que en un stellarator no necesitas modos", dijo White. "En stellarators, cuando el número de cambios periódicos en la órbita de las partículas resonantes de alta energía coincide con el número de cambios periódicos en el campo magnético, pueden ocurrir pérdidas de partículas", dijo. "Es como empujar a un niño en un columpio. Cuando quieres que el niño se columpie más y más alto, cada vez que el columpio vuelve a ti, lo empujas de nuevo, y eso es un empujón en resonancia", dijo.

Para White, "el problema hasta ahora es que la gente se ha centrado en la forma del campo magnético. Pero las partículas en órbita de alta energía se desplazan a través del campo, por lo que también se deben considerar las órbitas de las partículas".

En el futuro, dijo, "ver si las resonancias de partículas en los estelaradores coinciden con el período del campo magnético tiene que entrar en las condiciones de diseño para encontrar un buen reactor". + Explora más

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