El Tokamak de relación de aspecto pequeña y ajustada , o START, fue un experimento de fusión nuclear que utilizó confinamiento magnético para contener plasma . START fue la primera máquina de tamaño completo en utilizar el diseño de tokamak esférico , que tenía como objetivo reducir en gran medida la relación de aspecto del diseño tradicional de tokamak .
El experimento comenzó en el Centro Científico Culham en el Reino Unido en 1990 y se retiró en 1998. Se construyó como un diseño de bajo costo, utilizando en gran parte piezas que ya estaban disponibles para el equipo START. El experimento START revolucionó el tokamak al cambiar la forma toroidal anterior por una forma más compacta, casi esférica, de rosquilla . La nueva forma aumentó la eficiencia al reducir el costo en comparación con el diseño convencional, mientras que el campo necesario para mantener un plasma estable era un factor de 10 menor.
Los componentes principales que comprendían el START incluían la estructura de soporte, el transformador de pulsos, el tanque de vacío, las bobinas de campo toroidales y políoidales y un limitador. La estructura de soporte posicionaba y sostenía el tanque de vacío que también compartía el mismo centro esférico que el gran transformador de pulsos. La función principal del transformador de pulsos era proporcionar la corriente para las bobinas de campo toroidales que se suministraba a través de quince núcleos de hierro que se enrollaban en espiral a partir de una tira de hierro de 0,03 milímetros. La bobina de campo toroidal era un conductor central hecho de cobre en el eje del tanque de vacío y estaba unido al tanque de vacío a través de extremidades de cobre cubiertas por abrazaderas aisladas. START tenía seis bobinas de campo políoidales dentro del tanque de vacío y estaban encerradas en cajas de acero inoxidable de 3 milímetros. Las bobinas políoidales se sostenían desde la base del tanque y cada una podía ajustarse según fuera necesario. El tanque de vacío era el recipiente principal donde se realizaban los experimentos; tenía forma cilíndrica y estaba dividido en tres secciones. El tanque ofrecía numerosos puertos para la conexión de bombas y diagnósticos. Se colocó un limitador de grafito alrededor del tubo central de acero inoxidable y esto proporcionó una forma sencilla de medir el borde más interno del plasma durante los experimentos. [1]
Para calentar con éxito los experimentos en un tokamak esférico, los físicos realizaron una inyección de haz neutro. Esto implicó intercalar hidrógeno en plasmas de hidrógeno o deuterio, proporcionando un calentamiento efectivo tanto de iones como de electrones. Aunque los átomos se inyectaron sin carga electrostática neta, a medida que el haz pasaba a través del plasma, los átomos se ionizaban al rebotar en los iones que ya estaban en el plasma. En consecuencia, debido a que el campo magnético dentro del toro era circular, estos iones rápidos estaban confinados en el plasma de fondo. El plasma de fondo ralentizó los iones rápidos confinados, de manera similar a cómo la resistencia del aire frena una pelota de béisbol. La transferencia de energía de los iones rápidos al plasma aumentó la temperatura general del plasma. El inyector de haz neutro utilizado en START fue prestado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge . [2]
El límite magnetohidrodinámico (MHD) era un límite operativo de los tokamaks, y el START no era una excepción. El equipo del START probó el MHD utilizando cuarenta y seis juegos de bobinas Mirnov a diferentes alturas en la columna central del START. Los plasmas que se formaban por compresión dentro del START limitaban la fluctuación del MHD. [3]
Antes de octubre de 1995, el START no tenía terminaciones rápidas. En octubre de 1995, se instalaron bobinas desviadoras y las imágenes mostraron que el plasma interactuaba con las bobinas antes de que se produjeran interrupciones. Estas sospechas se reforzaron aún más cuando las bobinas desviadoras se acercaron al plasma en diciembre de 1996, lo que dio lugar a una mayor frecuencia de interrupciones. [3]
También se midieron las características del plasma dentro de START. El plasma típico dentro de START tenía una relación de aspecto A = 1,3, una elongación k = 1,8 y una temperatura de 400 eV. [2] [4]
En varios experimentos se alcanzó un valor beta del 32 por ciento con el START, cuando el récord mundial anterior para beta en un tokamak era del 12,6 por ciento. Entre los factores que contribuyeron a un valor beta significativamente más alto se incluyen mejores condiciones de vacío, una inyección de haz neutro más potente , un campo toroidal más bajo, una presión de plasma más alta y una presión magnética más baja . [4] En 1998 se logró un valor beta no óhmico del 40 por ciento. [5] : 29
En marzo de 1998, el experimento START finalizó y desde entonces ha sido desmontado y trasladado al laboratorio de investigación ENEA en Frascati , Italia , donde formó la base de Proto-Sphera . El equipo START comenzó el Experimento Tokamak Esférico de Mega Amperios o MAST en 1999, que funcionó en el Centro Científico de Culham, Reino Unido, hasta 2013.
51°39′32″N 1°13′42″O / 51.65889, -1.22833