"Medir dos veces, cortar una vez" es un viejo proverbio de carpintero: un recordatorio de que una planificación cuidadosa puede ahorrar tiempo y materiales a largo plazo.
El concepto también se aplica al diseño de estellaradores, que son experimentos complejos de fusión nuclear destinados a explorar el potencial de fusión como fuente de energía. Los estelares funcionan al confinar un anillo de plasma ardiente dentro de un campo magnético de forma precisa generado por bobinas electromagnéticas externasCuando el plasma alcanza varios millones de grados, tan caliente como el interior del sol, los núcleos atómicos comienzan a fusionarse, liberando cantidades masivas de energía.
Antes de girar un solo perno para construir uno de estos dispositivos raros y caros, los ingenieros crean planes exactos utilizando una serie de algoritmos. Sin embargo, una amplia variedad de formas de bobina pueden generar el mismo campo magnético, agregando niveles de complejidad al diseñoproceso. Hasta ahora, pocos investigadores han estudiado cómo elegir la mejor entre todas las formas potenciales de bobina para un estellador específico.
El físico de la Universidad de Maryland, Matt Landreman, ha realizado una revisión importante de una de las herramientas de software más comunes utilizadas para diseñar stellarators. El nuevo método es mejor para equilibrar las compensaciones entre la forma ideal del campo magnético y las formas potenciales de la bobina, lo que resulta en diseños con másespacio entre las bobinas. Este espacio adicional permite un mejor acceso para reparaciones y más lugares para instalar sensores. El nuevo método de Landreman se describe en un documento publicado el 13 de febrero de 2017 en la revista Fusión nuclear .
"En lugar de optimizar solo la forma del campo magnético, este nuevo método considera la complejidad de las formas de la bobina simultáneamente. Por lo tanto, hay un poco de compensación", dijo Landreman, científico asistente de investigación en el Instituto de Investigación en Electrónica de la UMD yFísica Aplicada IREAP y único autor del trabajo de investigación. "Es un poco como comprar un automóvil. Es posible que desee el automóvil más barato, pero también el automóvil más seguro. Ambas características pueden estar en desacuerdo entre sí, por lo que tienepara encontrar una manera de encontrarnos en el medio "
Los investigadores usaron el método anterior, llamado Solucionador de Neumann para campos producidos por bobinas externas NESCOIL y descrito por primera vez en 1987, para diseñar muchos de los stellarators en operación hoy en día, incluido el Wendelstein 7-X W7-X.W7-X, el stellarator más grande que existe, comenzó a funcionar en 2015 en el Instituto Max Planck de Física de Plasma en Alemania.
"La mayoría de los diseños, incluido el W7-X, comenzaron con un campo magnético de forma específica para confinar el pozo de plasma. Luego, los diseñadores moldearon las bobinas para crear este campo magnético", explicó Landreman. "Pero este método generalmente requería mucha prueba-y error con las herramientas de diseño de la bobina para evitar que las bobinas se acerquen demasiado, haciendo que sea imposible construirlas o dejando muy poco espacio para acceder a la cámara de plasma para el mantenimiento ".
El nuevo método de Landreman, al que llama NESCOIL Regularizado, o REGCOIL para abreviar, lo soluciona abordando el problema del espaciado de la bobina del diseño del estellador junto con la conformación del campo magnético. El resultado, dijo Landreman, es unproceso rápido y más robusto que produce mejores formas de bobina en el primer intento.
Las pruebas de modelado realizadas por Landreman sugieren que los diseños producidos por REGCOIL confinan el plasma caliente en una forma deseable, al tiempo que aumentan significativamente las distancias mínimas entre las bobinas.
"En matemáticas, llamaríamos al diseño de la bobina de stellarator un 'problema mal planteado', lo que significa que hay muchas soluciones potenciales. Encontrar la mejor solución depende en gran medida de plantear el problema de la manera correcta", dijo Landreman."REGCOIL hace exactamente eso al simplificar las formas de las bobinas de manera que el problema se pueda resolver de manera muy eficiente".
El desarrollo de la fusión nuclear como fuente de energía viable aún está lejos en el futuro. Pero las innovaciones como el nuevo método de Landreman ayudarán a reducir el costo y las inversiones de tiempo necesarias para construir nuevos stellarators para investigación y, eventualmente, prácticos,aplicaciones de generación de energía.
"Este campo aún está en la etapa de investigación básica, y cada nuevo diseño es totalmente único", dijo Landreman. "Con estas características incompatibles para equilibrar, siempre habrá diferentes puntos en los que puede decidir llegar a un compromiso. El REGCOILEl método permite a los ingenieros examinar y modelar muchos puntos diferentes a lo largo de este espectro ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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