¿Cómo alcanzan los reactores de fusión presiones y temperaturas tan altas?

Answer 1

Digamos que estás ejecutando un tokamak. Quieres plasma caliente y presurizado. Entonces:

Temperatura: El método más común es la inyección de haz neutro. Tomas un montón de gas y lo ionizas. Entonces, tomas el átomo de hidrógeno y sacas el electrón para convertirlo en un ion (+). Luego lo deja caer una caída de voltaje (-). El campo eléctrico está haciendo trabajo, trabajo físico, para calentar el ion. Una corriente de estos iones calientes se vuelve a neutralizar. Literalmente, arrojan algunos (-) electrones nuevamente. Usted dispara este rayo en su máquina de fusión. Literalmente, estás disparando una corriente de material caliente, en una rosquilla giratoria de material.

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Presión: el plasma es una sopa; Una sopa con propiedades magnéticas . Se compone de (-), (+) y cosas neutrales. Esta en movimiento. Sabemos que toda carga en movimiento forma un campo magnético, por lo que tiene propiedades magnéticas. Puede crear su propio campo magnético. Puede ser movido por campos magnéticos externos. En Fusion, estás jugando con estos campos para mover el plasma. Doblar, condensar, calentar, disparar, ect .. el plasma. Estás haciendo todo esto con un solo objetivo. Uno. Soltero. Objetivo. Para que los iones se golpeen juntos. Si chocan, pueden fusionarse. Si se fusionan, convierten la masa en energía. Si producen más energía de la que pones, puedes generar un poder de fusión neto. Si haces eso, cambias el curso de la historia humana.

Puede atrapar plasma en un recipiente magnético. Esto es clave, porque el plasma también tiene cierta presión. Al igual que un gas en una lata, el plasma tiene una presión que empuja contra los contenedores. La captura significa el equilibrio entre la presión del plasma y la “presión del campo magnético” :. Esta relación se expresa en el número Beta. La versión beta es un criterio universal en toda la investigación sobre fusión. Es una medida de qué tan bien atrapamos el plasma.

Beta = moles * Boltzmann * Temperatura / (Campo magnético ^ 2 / 2.50E-6)

Entonces, cuanto mayor sea la beta, más eficiente será el contenedor de plasma. Cuanto más alto es el campo magnético, más caliente es la sopa de plasma .

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Probablemente necesitemos compilar una lista de números Beta obtenidos experimentalmente. Lo intenté el año pasado: aquí está la información que recopilé.

Dispositivo —- Beta —- Año
ARRANQUE la máquina – <0.30 – 1997
Dipolo levitado —- 0.26 —- 2008
Doublet III Tokamak (GA) —- 0.04—- 1982
ISX-B en Oak Ridge —- 0.03—- 1982
Spheromaks —- 0.2—- 1996
Tokamak Fusion Test Reactor —- 0.001 a 0.01 —- 1998
The Mirror Experiment (TMX) —- 0.1 a 0.2 —- 1981
Madison Symmetric Torus RFP —- 0.26 —- 2009

Fuentes: [C, D, E, F, I, O, P]

La mayoría de los dispositivos tienen un rango de valores. Los Tokamaks no informan beta, informan beta normalizada y, a veces, en diferentes direcciones. Aquí hay unos ejemplos:

Dispositivo —- Valor —- Año
TFTR polodial beta ~ 6 ———– (1990)
TEXTOR poloidal beta = 1.5 ——– (1999)
NSTX toroidal beta = 0.39 —— (2006)
START beta normalizada = 4 ———– (1997)
TFTR normalizado beta = a * Bt / Beta = 4.5 mT% / MA – (1990)
TEXTOR beta normalizado = 2 ——— (1999)
KSTAR normalizado beta = 4.3 – (2014, calculado utilizando reconstrucciones de equilibrio)
Alcator C-Mod beta normalizado = 3.7 a 2.2 ——- (1997)
Beta normalizada MAST = 1 a 3 —— (2011)
NSTX normalizado beta = 7.2 —— (2006)
Actualización JT-60 beta normalizada = 2.2 —- (2001)

Fuentes: [H, G, J, K, L, M, N, P]

Beta normalizada definida como:
MAST beta normalizado = (Beta * radio menor * campo B toroidal) / corriente de plasma
START beta normalizada = Beta (como%) * radio menor * Campo B / Corriente de plasma
NSTX normalizado beta = 1E8 * * radio menor * Campo B / corriente de plasma
NSTX beta toroidal alta = 2 * Mu0 *

/ B-Field ^ 2

Fuentes: [L, M, P]

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Fuentes:
A. “Mejoramiento del encierro durante la levitación magnética en LDX”, 50ª Reunión Anual del APS DDP, 18 de noviembre de 2008 M Manuel
B. Ono, Y (1999). “Nueva relajación de fusionar spheromaks a una configuración inversa de campo”. Nuclear Fusion 39 (11Y): 2001–2008. doi: 10.1088 / 0029-5515 / 39 / 11Y / 346.
C. Edwin Kintner: “Lograr la fusión es un problema de política, no de tecnología” 28 de septiembre de 1982 Revisión de inteligencia ejecutiva
D. “Reactor de fusión Spheromak avanzado” T Fowler, E Hooper, octava conferencia internacional sobre sistemas emergentes de energía nuclear
E. Mejoramiento del encierro durante la levitación magnética en LDX, 50ª Reunión Anual del APS DDP, 18 de noviembre de 2008 M Manuel
F. Modos propios de Alfven toroidales impulsados ​​por partículas alfa en plasmas de deuterio-tritio del reactor de prueba de fusión Tokamak: teoría y experimentos FÍSICA DEL PLASMAS VOLUMEN 5, NÚMERO 12
G. “Experimentos de pulso largo beta poloidal alto en el reactor de prueba de fusión Tokamak” http://www.psfc.mit.edu/library1…
H. http://www-pub.iaea.org/MTCD/pub…
I. Cajero, Edward. Fusión. Nueva York: Académico, 1981. Impreso, página 432
J. Sabbagh y Park visitan la instalación superconductora de KSTAR Tokamak en Corea del Sur
K. http://iopscience.iop.org/0741-3…
L. http://infoscience.epfl.ch/recor… (página 2)
M. http://iopscience.iop.org/0029-5…
N. “Control de partículas mejorado para un alto rendimiento de plasma integrado en la actualización Tokamak-60 del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón”, Takenaga, H, 2001, Physics of Plasma Vol. 8 Número 5, p2217 http://scitation.aip.org/content…
O. “Comportamiento plasmático a alta β y alta densidad en la RFP de Madison Symmetric Torus” MD Wyman et al 2009 Nucl. Fusion 49 015003 http://iopscience.iop.org/0029-5… P. “Alto rendimiento B del tokamak esférico START” A Sykes, Et Al. Plasma Phys. Controlar. Fusion 39 (1997)
Q. http://www.ccfe.ac.uk/ST.aspx