Stellarators, máquinas retorcidas que albergan reacciones de fusión, dependen de bobinas magnéticas complejas que son difíciles de diseñar y construir. Ahora, un físico del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE ha desarrollado una técnica matemática paraayuda a simplificar el diseño de las bobinas, haciendo de los estelladores una instalación potencialmente más rentable para producir energía de fusión.
"Nuestro resultado principal es que se nos ocurrió un nuevo método para identificar los campos magnéticos irregulares producidos por las bobinas estelladoras", dijo el físico Caoxiang Zhu, autor principal de un artículo que informa los resultados Fusión nuclear . "Esta técnica puede hacerle saber de antemano qué formas y ubicaciones de la bobina podrían dañar el confinamiento magnético del plasma, prometiendo un tiempo de construcción más corto y costos reducidos".
Fusion, el poder que impulsa el sol y las estrellas, es la fusión de elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, que genera cantidades masivas de energía., los estelladores en forma de bucle son una alternativa a los tokamaks en forma de rosquilla que los científicos usan con mayor frecuencia para replicar la fusión en la Tierra para un suministro de energía prácticamente inagotable para generar electricidad.
Un beneficio clave de los stellarators es su producción de plasmas altamente estables que son menos susceptibles a las perturbaciones perjudiciales en las que pueden incurrir los tokamaks. Pero la complejidad de las bobinas de stellarator ha sido un factor que frena el desarrollo de tales instalaciones.
Las bobinas de un stellarator deben construirse y colocarse alrededor de la cámara de vacío con mucha precisión, ya que las desviaciones de la mejor disposición de la bobina crean protuberancias en el campo magnético que degradan el confinamiento magnético y permiten que el plasma escape. Estos campos magnéticos problemáticospuede ser causado fácilmente por la colocación incorrecta de las bobinas magnéticas, por lo que los ingenieros estipulan tolerancias estrictas para estos componentes.
"El gran desafío de construir stellarators es descubrir cómo hacerlos de manera simple y económica", dijo el científico jefe de PPPL, Michael Zarnstorff. "La investigación de Zhu es importante porque está tratando de mirar con más cuidado y cuantitativamente a algunos de los impulsores de lacosto. Sus resultados sugieren que podemos simplificar la construcción de stellarators y así hacerlos más fáciles y menos costosos de construir, al no insistir en tolerancias estrictas para cosas que no importan ".
En el pasado, los científicos han usado simulaciones por computadora para determinar qué ubicaciones de bobina serían las mejores, verificando las reacciones del plasma a todas las configuraciones magnéticas posibles antes de que se construyera el estellarador. Pero debido a que hay muchas formas de que las bobinas varíen, "este enfoquerequiere recursos informáticos masivos y horas de trabajo ", dijo Zhu." En este documento, proponemos un nuevo método matemático para identificar rápidamente las desviaciones peligrosas de la bobina que podrían aparecer durante la fabricación y el montaje ".
El método se basa en una matriz de Hesse, una herramienta matemática que permite a los investigadores determinar qué variaciones de las bobinas magnéticas pueden hacer que el plasma cambie sus propiedades. "La idea es descubrir qué perturbaciones realmente tiene que controlar o evitar, yque puedes ignorar ", dijo Zhu.
El equipo confirmó recientemente la precisión del nuevo método al usarlo para analizar las ubicaciones de las bobinas para una configuración similar al Columbia Non-Neutral Torus, una pequeña instalación de fusión operada por la Universidad de Columbia. Compararon los resultados con los producidos por estudios anterioresconfiando en los métodos convencionales y descubrió que estaban de acuerdo. El equipo ahora está colaborando con investigadores en China para utilizar el método para optimizar la colocación de la bobina en el primer estellador cuasi-ejeimétrico chino CFQS, actualmente en construcción.
La nueva técnica podría ayudar a los científicos a diseñar mejores estelladores, dijo Zhu. Podría hacer posibles formas de identificar una disposición óptima de la bobina que nadie había considerado antes.
En el equipo de investigación se incluyeron científicos de la Universidad Jiaotong del Sudoeste de China y del Instituto Nacional de Ciencia de Fusión de Japón. La investigación fue respaldada por la Oficina de Ciencia del DOE y el Centro Max Planck Princeton de Física de Plasma.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Original escrito por Raphael Rosen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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