El toro no neutro de Columbia (CNT) es un pequeño estelarizador del Laboratorio de Física del Plasma de la Universidad de Columbia diseñado por Thomas Sunn Pedersen con la ayuda de Wayne Reiersen y Fred Dahlgren del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton para llevar a cabo la primera investigación de plasmas no neutros confinados en superficies magnéticas. El experimento, que comenzó a funcionar en noviembre de 2004, está financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia y el Departamento de Energía de los Estados Unidos en forma de un premio de Desarrollo Profesional Temprano de la Facultad (CAREER). [1]
El CNT, que se encuentra en una cámara de vacío cilíndrica hecha de acero inoxidable 316 , mide 60 pulgadas de diámetro y 75 pulgadas de alto. La cámara vacía es capaz de alcanzar una presión de 2x10 −10 Torr .
El CNT es único por su geometría simple. Las superficies magnéticas se crean utilizando solo cuatro bobinas electromagnéticas : dos bobinas entrelazadas dentro de la cámara y dos bobinas de campo poloidal fuera de la cámara. Las dos bobinas entrelazadas tienen un radio de 0,405 m y el ángulo entre ellas se puede seleccionar manualmente para que sea de 64°, 78° u 88°, lo que permite diferentes valores de transformación de cizallamiento y rotación, y una configuración de superficie magnética. Las bobinas de campo poloidal tienen un radio de 1,08 m. Las bobinas están alimentadas por una fuente de alimentación de 200 kW y son capaces de producir campos magnéticos de 0,01–0,2 T. La configuración del CNT crea una relación de aspecto muy baja de 1,9, la más baja de cualquier stellarator construido.
Thomas Sunn Pedersen es el investigador principal de CNT, que estudia varias áreas de la física de plasmas no neutros, tanto teórica como experimental. Entre ellas se incluyen el equilibrio de plasmas no neutros , el transporte y el confinamiento, y las inestabilidades relacionadas con los iones . El programa de teoría de CNT está dirigido por Pedersen y el profesor Allen Boozer, también de la Universidad de Columbia.
Los primeros estudios sobre nanotubos de carbono mostraron la creación exitosa de superficies magnéticas con el diseño simple de cuatro bobinas. A presiones neutras suficientemente bajas e intensidades de campo magnético suficientemente altas, los plasmas son esencialmente plasmas de electrones puros y son macroscópicamente estables con tiempos de confinamiento de hasta 20 ms. El transporte es impulsado por colisiones con neutros, así como por la deriva de E x B a lo largo de varillas aislantes insertadas en el plasma. A presiones neutras más altas (10 −7 Torr y superiores), se observa una inestabilidad relacionada con los iones, con una frecuencia en el rango de 10 a 50 kHz y un número de modo poloidal m = 1.
El grupo CNT instaló una barrera conductora en agosto de 2007 para estudiar sus efectos en los tiempos de confinamiento y permitir mediciones en ausencia de barras internas. Los planes futuros para CNT incluyen el estudio de plasmas de electrones y positrones confinados en superficies magnéticas y estudios adicionales de plasmas parcialmente neutralizados.
Por sus esfuerzos, Pedersen ha sido reconocido por el Programa de Desarrollo Profesional Temprano de la Facultad (CAREER) de la National Science Foundation por su trabajo pionero en física del plasma. CAREER ofrece el premio más prestigioso de la National Science Foundation a las actividades de desarrollo profesional temprano de los profesores-académicos que integran de manera más efectiva la investigación y la educación dentro del contexto de la misión de su organización. El premio se traduce en $ 800,000 a lo largo de cinco años y se espera que comience en septiembre.
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