Aprovechar el poder que hace que el sol y las estrellas brillen podría ser más fácil con potentes imanes con formas más rectas que las que se han hecho antes. Investigadores vinculados al Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han encontrado una manera de crear tales imanes para instalaciones de fusión conocidas como stellarators.

Estas instalaciones tienen bobinas magnéticas retorcidas complejas, en comparación con las bobinas rectas hacia arriba y hacia abajo en las instalaciones de tokamak más utilizadas, y pueden producir reacciones de fusión sin el riesgo de interrupciones que enfrentan los tokamaks. Esta ventaja convierte a los stellarators en candidatos para servir como modelo para una planta piloto de fusión de próxima generación.

Ahora, al agregar secciones a las bobinas del stellarator que son relativamente rectas, los investigadores podrían reducir el costo de fabricación y facilitar la instalación de aberturas que permitirían a los técnicos reparar el interior del dispositivo. Ambas innovaciones podrían ayudar al desarrollo de una planta de energía stellarator, replicando la fusión en la Tierra para un suministro de energía virtualmente inagotable para generar electricidad sin producir gases de efecto invernadero o desechos radiactivos de larga duración.

"En el futuro, las personas tendrán que reemplazar los componentes dentro de los estelarizadores a medida que se desgastan, lo que requiere grandes aberturas entre las bobinas de los imanes", dijo el físico Caoxiang Zhu, autor del artículo que informa los resultados en Nuclear Fusion quien completó la investigación cuando formaba parte del personal de PPPL. Ahora forma parte del personal de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. "Pero es difícil tener grandes aberturas en stellarators porque las bobinas electromagnéticas zigzaguean y son realmente complejas". Pero al usar una técnica matemática conocida como "representación spline", Zhu y los otros colaboradores pudieron diseñar imanes con secciones más rectas que antes y al mismo tiempo crear campos magnéticos que pueden confinar el plasma. Esas secciones rectas podrían proporcionar buenas ubicaciones para las ventanas.

Inventados por el astrofísico Lyman Spitzer, el primer director de PPPL, los stellarators son conceptos de instalaciones de fusión que utilizan imanes de alta potencia para crear campos magnéticos entretejidos que confinan plasma, gas caliente que consiste en electrones y núcleos atómicos desnudos. Los Stellarators tienen ventajas sobre los tokamaks, dispositivos en forma de rosquilla que actualmente son el concepto de instalación de fusión más popular en todo el mundo, pero sus imanes fantásticamente complicados han hecho que el diseño y la construcción sean un desafío.

Zhu y los investigadores agregaron la capacidad de spline al código de computadora FOCUS de Zhu. Para probar el concepto, el equipo diseñó imanes que podrían caber en el experimento helicoidalmente simétrico (HSX), un estelarizador de la Universidad de Wisconsin-Madison.

El código actualizado mostró que los investigadores podían crear imanes más rectos que antes mientras conservaban su fuerza y ​​​​precisión. "En principio, siempre se pueden hacer bobinas más rectas, pero la contrapartida es que sus campos magnéticos podrían no confinar el plasma tan bien como los producidos por bobinas más retorcidas", dijo Nicola Lonigro, estudiante de la pasantía de laboratorio de pregrado en ciencias del DOE ( SULI) en el momento de la investigación, autor principal del artículo y ahora Ph.D. candidato en la Universidad de York en Gran Bretaña. "Pero nuestra investigación mostró que se puede hacer una bobina más simple con secciones más rectas que tengan la misma forma y fuerza de campo magnético que las convencionales".

La creación de imanes más simples podría ayudar al desarrollo de una planta de energía de fusión stellarator. "A largo plazo, este trabajo es una contribución a un esfuerzo mayor que trata de hacer comercialmente viables los stellarators", dijo Lonigro. + Explora más

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