Antes de que los científicos puedan capturar y recrear el proceso de fusión que impulsa el sol y las estrellas para producir energía prácticamente ilimitada en la Tierra, primero deben aprender a controlar el gas de plasma caliente que alimenta las reacciones de fusión. En un conjunto de experimentos recientes, los científicos han domesticadouna inestabilidad de plasma de una manera que podría conducir a la operación eficiente y estable de ITER, el experimento internacional en construcción en Francia para demostrar la viabilidad de la energía de fusión. Dicha operación continua será esencial para futuros dispositivos de fusión.
Fusion alimenta el sol y las estrellas mediante la fusión de elementos de luz en forma de plasma, el estado caliente y cargado de materia compuesta de electrones libres y núcleos atómicos, para producir cantidades masivas de energía. Los científicos buscan replicar la fusión en la Tierrapara un suministro prácticamente inagotable de energía generadora de electricidad.
Los hallazgos más recientes, desarrollados por un equipo de investigadores dirigido por el físico Raffi Nazikian del Laboratorio de Física de Plasma Princeton PPPL del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE y Craig Petty de Atomics General, provienen de experimentos realizados en el DIII-DNational Fusion Facility operado por General Atomics para el DOE en San Diego. Los resultados se basan en trabajos anteriores dirigidos por científicos del DIII-D que demostraron las condiciones necesarias para la operación en estado estable del núcleo de los plasmas ITER y las técnicas establecidas para controlar estas inestabilidades del plasma..
La nueva investigación se dirige a inestabilidades llamadas Modos Localizados de Borde ELM que se desarrollan en la periferia de los plasmas de fusión. Dichas inestabilidades pueden causar explosiones de calor periódicas que pueden dañar los componentes de plasma en un tokamak ". En estos resultados observamos la supresión deELM grandes, dejando pequeños ELM benignos en plasmas que se superponen con las condiciones requeridas para la operación ITER en estado estacionario ", dijo Nazikian, autor principal de un artículo científico en el OIEA Fusión nuclear diario que presenta los hallazgos. "Estos nuevos experimentos son un gran ejemplo de la combinación exitosa de dos avances separados, en este caso, el 100% de la corriente en el núcleo de plasma y la gran supresión de ELM en el borde, de manera eficiente y efectiva"dijo Petty, autor principal de un artículo anterior de Nuclear Fusion sobre los hallazgos DIII-D relevantes para el núcleo en estado estacionario del plasma ITER.
Para evitar que ocurran grandes ELM, los investigadores producen pequeñas ondas magnéticas conocidas como perturbaciones magnéticas resonantes RMP que distorsionan la forma de rosca lisa de los plasmas tokamak. En los experimentos recientes, los científicos descubrieron que el aumento de la presión total del plasma hace queplasma mucho más sensible a las ondas para controlar mejor los ELM y producir las condiciones necesarias para la operación ITER en estado estacionario.
La presión más alta también aumenta una corriente autogenerada que se forma dentro de los plasmas de tokamak. Esto se puede combinar con haces de partículas y microondas para conducir y mantener la corriente de plasma indefinidamente en un estado llamado estable. Estas corrientes autogeneradas más altas hacen queEste proceso es más eficiente y, por lo tanto, una planta de energía de fusión más atractiva.
Cuando los investigadores proyectaron los resultados recientes de DIII-D a ITER, descubrieron que la mayor presión de plasma y la corriente de arranque, junto con fuentes adicionales de corriente de haces de partículas y microondas, podrían crear un régimen de estado estacionario totalmente sostenible que genera cuatrohasta cinco veces más potencia de la necesaria para calentar el plasma e impulsar la corriente.El apoyo para este trabajo proviene de la Oficina de Ciencia del DOE FES y el Programa de Participación en la Investigación Postdoctoral de Atomics General administrado por las Universidades Asociadas de Oak Ridge ORAU.
En el futuro, los físicos buscan crear un mayor porcentaje de corriente de arranque para aumentar la ganancia de potencia de fusión y reducir la potencia adicional necesaria para conducir la corriente. Estos experimentos DIII-D produjeron alrededor del 30 por ciento de corriente autoactivada, aunque la fracción de corriente de arranquese proyecta que aumenten en ITER ya que su campo más alto significa que sus iones colisionan con menos frecuencia, lo que permite que la corriente sea conducida más fácilmente.
"En lo que estamos trabajando actualmente en DIII-D es en desarrollar la base para plasma de alta presión en estado estacionario para ITER y más allá", dijo Nazikian. "Un objetivo central del programa DIII-D ahora es identificar formasen el que los plasmas de alta presión pueden conducir la mayor parte de la corriente requerida para los reactores de estado estacionario. Estamos realizando importantes mejoras en las instalaciones para cumplir con este objetivo mientras exploramos regímenes que están libres de ELM peligrosos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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