Los reactores de fusión Tokamak están en la fase de prueba;
El Tokamak Fusion Test Reactor ( TFTR ) fue un tokamak experimental construido en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (en Princeton, Nueva Jersey) alrededor de 1980. Después de los dispositivos PDX ( Poloidal Divertor Experiment ) y PLT (Princeton Large Torus), se esperaba que TFTR finalmente lograría un punto de equilibrio de energía de fusión . [1]
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Los iones con carga positiva y negativa y los electrones con carga negativa en un plasma de fusión están a temperaturas muy altas y tienen velocidades correspondientemente grandes. Para mantener el proceso de fusión, las partículas del plasma caliente deben estar confinadas en la región central, o el plasma se enfriará rápidamente. Los dispositivos de fusión de confinamiento magnético explotan el hecho de que las partículas cargadas en un campo magnético experimentan una fuerza de Lorentz y siguen caminos helicoidales a lo largo de las líneas de campo.
Los primeros dispositivos de investigación de fusión eran variantes del pinzamiento Z y usaban corriente eléctrica para generar un campo magnético poloidal para contener el plasma a lo largo de un eje lineal entre dos puntos. Los investigadores descubrieron que un campo toroidal simple, en el que las líneas del campo magnético corren en círculos alrededor de un eje de simetría, confina un plasma apenas mejor que ningún campo. Esto puede entenderse observando las órbitas de partículas individuales. Las partículas no solo giran en espiral alrededor de las líneas del campo, sino que también se desplazan a través del campo. Dado que un campo toroidal es curvo y disminuye su fuerza alejándose del eje de rotación, los iones y los electrones se mueven paralelos al eje, pero en direcciones opuestas. La separación de carga conduce a un campo eléctrico y una deriva adicional, en este caso hacia afuera (lejos del eje de rotación) para iones y electrones. Alternativamente, el plasma puede verse como un toro de fluido con un campo magnético congelado. La presión del plasma produce una fuerza que tiende a expandir el toro. El campo magnético fuera del plasma no puede evitar esta expansión. El plasma simplemente se desliza entre las líneas de campo.
Para que un plasma toroidal sea confinado efectivamente por un campo magnético, debe haber un giro en las líneas de campo. Entonces ya no hay tubos de flujo que simplemente rodean el eje, pero, si hay suficiente simetría en la torsión, las superficies de flujo. Parte del plasma en una superficie de flujo estará en el exterior (mayor radio mayor, o “lado de campo bajo”) del toro y se desplazará hacia otras superficies de flujo más alejadas del eje circular del toro. Otras porciones del plasma en la superficie del flujo estarán en el interior (radio mayor más pequeño o “lado de campo alto”). Dado que parte de la deriva hacia el exterior se compensa con una deriva hacia el interior en la misma superficie de flujo, existe un equilibrio macroscópico con un confinamiento mucho mejor. Otra forma de ver el efecto de torcer las líneas de campo es que el campo eléctrico entre la parte superior e inferior del toro, que tiende a causar la deriva hacia afuera, se acorta porque ahora hay líneas de campo que conectan la parte superior con la parte inferior. .
Cuando el problema se considera aún más de cerca, surge la necesidad de un componente vertical (paralelo al eje de rotación) del campo magnético. La fuerza de Lorentz de la corriente de plasma toroidal en el campo vertical proporciona la fuerza hacia adentro que mantiene el toro de plasma en equilibrio. [2]
Notas al pie
[1] Reactor de prueba de fusión Tokamak – Wikipedia
[2] Tokamak – Wikipedia