El Experimento Helicoidalmente Simétrico ( HSX , por sus siglas en inglés, Helically Symmetric eXperiment ) es un dispositivo experimental de confinamiento de plasma de la Universidad de Wisconsin-Madison , cuyos principios de diseño están pensados para ser incorporados a un reactor de fusión . El HSX es un estelarizador de bobina modular que es un recipiente de presión en forma de toroide con electroimanes externos que generan un campo magnético con el fin de contener un plasma. Comenzó a funcionar en 1999. [1]
Un stellarator es un dispositivo de fusión por confinamiento magnético que utiliza bobinas magnéticas externas para generar todos los campos magnéticos necesarios para confinar el plasma de alta temperatura. Por el contrario, en los tokamaks y los pinches de campo inverso , el campo magnético se crea mediante la interacción de imanes externos y una corriente eléctrica que fluye a través del plasma. La falta de esta gran corriente de plasma impulsada externamente hace que los stellarators sean adecuados para las plantas de energía de fusión en estado estacionario.
Sin embargo, debido a la naturaleza no axisimétrica de los campos, los antiguos stellarators tienen una combinación de modulación toroidal y helicoidal de las líneas de campo magnético, lo que conduce a un alto transporte de plasma fuera del volumen de confinamiento en condiciones relevantes para la fusión, resuelto en el Wendelstein 7-X que tiene un mejor confinamiento de partículas que el esperado en ITER, y logra una duración del plasma de 30 minutos. Este gran transporte en los antiguos stellarators puede limitar su rendimiento como reactores de fusión .
Este problema se puede reducir en gran medida adaptando la geometría del campo magnético. Las espectaculares mejoras en la capacidad de modelado por ordenador en las dos últimas décadas han ayudado a "optimizar" la geometría magnética para reducir este transporte, lo que ha dado lugar a una nueva clase de estelarizadores denominados " estelarizadores cuasi-simétricos ". Los electroimanes de aspecto extraño modelados por ordenador producirán directamente la configuración de campo magnético necesaria. Estos dispositivos combinan las buenas propiedades de confinamiento de los tokamaks y la naturaleza de estado estable de los estelarizadores convencionales. El Experimento Helicoidalmente Simétrico (HSX) de la Universidad de Wisconsin-Madison es un estelarizador cuasi-helicoidalmente simétrico ( eje de simetría helicoidal ).
El campo magnético en HSX se genera mediante un conjunto de 48 bobinas retorcidas dispuestas en cuatro períodos de campo. HSX normalmente opera con un campo magnético de 1 Tesla en el centro de la columna de plasma. Se utiliza un conjunto de bobinas auxiliares para romper deliberadamente la simetría e imitar las propiedades convencionales de un estelarizador con fines comparativos.
El recipiente de vacío HSX está hecho de acero inoxidable y tiene forma helicoidal para seguir la geometría magnética.
La formación y el calentamiento del plasma se logran mediante un calentamiento por resonancia de ciclotrón electrónico (ECRH) de 28 GHz y 100 kW. Recientemente se ha instalado un segundo girotrón de 100 kW en HSX para realizar estudios de modulación de pulsos de calor. [2]
Plasmas de hasta 3 kiloelectronvoltios de temperatura y aproximadamente 8 × 10Se forman rutinariamente concentraciones de 12 /cc de densidad para diversos experimentos. [ cita requerida ]
Los experimentos han demostrado que las islas magnéticas en los bordes afectan el abastecimiento de combustible y el escape de partículas. En HSX, la presencia de una cadena de islas magnéticas en el borde del plasma aumenta la relación de suministro de plasma a escape, pero reduce la eficiencia del abastecimiento de combustible en un 25 %. Mover la isla radialmente hacia adentro disminuye los tiempos de confinamiento de partículas tanto efectivos como globales. Este proceso es eficaz para controlar los tiempos de abastecimiento de combustible de plasma y de escape de helio. [3]
HSX cuenta con un amplio conjunto de diagnósticos para medir las propiedades del plasma y los campos magnéticos. A continuación se ofrece una lista de los principales diagnósticos y subsistemas.
HSX ha hecho y continúa haciendo contribuciones fundamentales a la física de los estelaradores cuasisimétricos que muestran una mejora significativa sobre el concepto de estelarador convencional. [ cita requerida ] Estos incluyen:
En el HSX, los estudiantes, el personal y los profesores llevan a cabo una gran cantidad de trabajos de investigación experimental y computacional. Algunos de ellos se realizan en colaboración con otras universidades y laboratorios nacionales, tanto en los EE. UU. como en el extranjero. Los principales proyectos de investigación actuales se enumeran a continuación:
