Lista de experimentos de fusión

Lista de esfuerzos hacia la fusión nuclear artificial

Cámara de destino del láser Shiva , utilizado para experimentos de fusión por confinamiento inercial desde 1978 hasta su desmantelamiento en 1981

Cámara de plasma de TFTR , utilizada para experimentos de fusión por confinamiento magnético, que produjo11 MW de energía de fusión en 1994

Los experimentos dirigidos al desarrollo de la energía de fusión se realizan invariablemente con máquinas especializadas que pueden clasificarse según los principios que utilizan para confinar el combustible de plasma y mantenerlo caliente.

La principal división es entre confinamiento magnético y confinamiento inercial . En el confinamiento magnético, la tendencia del plasma caliente a expandirse se contrarresta mediante la fuerza de Lorentz entre las corrientes en el plasma y los campos magnéticos producidos por bobinas externas. Las densidades de partículas tienden a estar en el rango de10 ¹⁸ a10 ²²  m ⁻³ y las dimensiones lineales en el rango de0,1 a 10 m . Los tiempos de confinamiento de partículas y energía pueden variar desde menos de un milisegundo hasta más de un segundo, pero la configuración en sí misma a menudo se mantiene mediante la entrada de partículas, energía y corriente durante tiempos que son cientos o miles de veces más largos. Algunos conceptos son capaces de mantener un plasma indefinidamente.

En cambio, con el confinamiento inercial, no hay nada que contrarreste la expansión del plasma. El tiempo de confinamiento es simplemente el tiempo que tarda la presión del plasma en superar la inercia de las partículas, de ahí el nombre. Las densidades tienden a estar en el rango de10 ³¹ a10 ³³  m ⁻³ y el radio del plasma en el rango de 1 a 100 micrómetros. Estas condiciones se obtienen irradiando un gránulo sólido de tamaño milimétrico con un láser de nanosegundos o un pulso de iones. La capa exterior del gránulo se elimina , lo que proporciona una fuerza de reacción que comprime el 10% central del combustible en un factor de 10 o 20 a 10 ³ o10 ⁴ veces la densidad del sólido. Estos microplasmas se dispersan en un tiempo medido en nanosegundos. Para un reactor de energía de fusión, se necesitará una tasa de repetición de varios por segundo.

Confinamiento magnético

Dentro del campo de los experimentos de confinamiento magnético , existe una división básica entre topologías de campo magnético toroidal y abierta . En términos generales, es más fácil contener un plasma en la dirección perpendicular al campo que en la paralela a él. El confinamiento paralelo se puede resolver ya sea doblando las líneas de campo hacia atrás sobre sí mismas en círculos o, más comúnmente, superficies toroidales, o bien constriñendo el haz de líneas de campo en ambos extremos, lo que hace que algunas de las partículas se reflejen por el efecto espejo . Las geometrías toroidales se pueden subdividir aún más según si la propia máquina tiene una geometría toroidal, es decir, un núcleo sólido a través del centro del plasma. La alternativa es prescindir de un núcleo sólido y confiar en las corrientes en el plasma para producir el campo toroidal.

Las máquinas de espejo tienen ventajas en una geometría más simple y un mejor potencial para la conversión directa de energía de partículas en electricidad. Generalmente requieren campos magnéticos más altos que las máquinas toroidales, pero el mayor problema ha resultado ser el confinamiento. Para un buen confinamiento debe haber más partículas moviéndose perpendicularmente al campo que moviéndose paralelamente a él. Sin embargo, una distribución de velocidad no maxwelliana de este tipo es muy difícil de mantener y energéticamente costosa.

La ventaja de los espejos de una geometría de máquina simple se mantiene en las máquinas que producen toroides compactos , pero existen desventajas potenciales para la estabilidad al no tener un conductor central y generalmente hay menos posibilidades de controlar (y por lo tanto optimizar) la geometría magnética. Los conceptos de toroides compactos generalmente están menos desarrollados que los de las máquinas toroidales. Si bien esto no significa necesariamente que no puedan funcionar mejor que los conceptos convencionales, la incertidumbre involucrada es mucho mayor.

Un ejemplo de ello es el Z-pinch , que tiene líneas de campo circulares. Este fue uno de los primeros conceptos que se probaron, pero no tuvo mucho éxito. Además, nunca hubo un concepto convincente para convertir la máquina pulsada que requiere electrodos en un reactor práctico.

El foco de plasma denso es un dispositivo controvertido y "no convencional" que se basa en corrientes en el plasma para producir un toroide. Es un dispositivo pulsado que depende de un plasma que no está en equilibrio y tiene el potencial de convertir directamente la energía de las partículas en electricidad. Se están realizando experimentos para probar teorías relativamente nuevas y determinar si el dispositivo tiene futuro.

Máquina toroidal

Las máquinas toroidales pueden ser axialmente simétricas, como el tokamak y el pinch de campo invertido (RFP), o asimétricas, como el stellarator . El grado adicional de libertad obtenido al renunciar a la simetría toroidal podría finalmente ser útil para producir un mejor confinamiento, pero el costo es la complejidad en la ingeniería, la teoría y los diagnósticos experimentales. Los stellarators suelen tener una periodicidad, por ejemplo, una simetría rotacional quíntuple. El RFP, a pesar de algunas ventajas teóricas como un campo magnético bajo en las bobinas, no ha demostrado ser muy exitoso.

Tokamak^[1]

Estelarador

Espejo magnético

• Mesa/Juguete, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• DCX/DCX-2, Laboratorio Nacional de Oak Ridge
• OGRA (Odin GRAm neitronov v sutki, un gramo de neutrones por día), Akademgorodok, Rusia. Un tubo de 20 metros de largo
• Béisbol I/Béisbol II Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• 2X/2XIII/2XIII-B, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• TMX, TMX-U Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• MFTF Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , Livermore CA.
• Trampa dinámica de gas en el Instituto Budker de Física Nuclear , Akademgorodok, Rusia.

ToroidalPellizco en Z

• Maybeatron (1953, Estados Unidos)
• ZETA (Zero Energy Thermonuclear Assembly) (1957, Reino Unido)

Pinchazo de campo invertido (RFP)

• ETA-BETA II en Padua, Italia (1979-1989)
• RFX (Experimento de campo inverso), Consorcio RFX, Padua, Italia ^[84]
• MST (Madison Symmetric Torus), Universidad de Wisconsin-Madison , Estados Unidos ^[85]
• T2R, Instituto Real de Tecnología , Estocolmo, Suecia
• TPE-RX, AIST , Tsukuba, Japón
• KTX (Keda Torus eXperiment) en China (desde 2015) ^[86]

Esferomak

• Experimento de física de Spheromak sostenido

Configuración de campo invertido(F.R.C.)

• Energía C-2 Tri Alfa
• C-2U Tri Alfa Energía
• Tecnologías TAE C-2W
• LSX Universidad de Washington
• Universidad IPA de Washington
• Universidad HF de Washington
• IPA- HF Universidad de Washington

Otras máquinas toroidales

• TMP ( Tor s Magnitnym Polem , toro con campo magnético): un toro de porcelana con un radio mayor80 cm , radio menor13 cm , campo toroidal de1,5 T y corriente de plasma0,25 MA , predecesor del primer tokamak (1955, URSS)

Líneas de campo abierto

Pinchazo de plasma

• Trisops – 2 pistolas de pinza theta enfrentadas
• FF-2B, Física del plasma de Lawrenceville , Estados Unidos ^[87]

Dipolo levitado

• Experimento de dipolo levitado (LDX), MIT/ Universidad de Columbia , Estados Unidos ^[88]

Confinamiento inercial

Accionado por láser

Pellizco en Z

• Instalación de energía pulsada Z
• Dispositivo ZEBRA en la instalación de teravatios de Nevada de la Universidad de Nevada ^[101]
• Acelerador de Saturno en el Laboratorio Nacional Sandia ^[102]
• URRAGA en el Imperial College de Londres
• COBRA en la Universidad de Cornell
• PULSOTRON ^[103]
• Z-FFR (Z(-pinch)-Fission-Fusion Reactor), una máquina híbrida de fusión nuclear-fisión que se construirá en Chengdu, China, en 2025 y generará energía a partir de 2028

Confinamiento electrostático inercial

• Fusor
  • Lista de ejemplos de fusores
• Pozo polivinílico

Fusión de objetivos magnetizados

• FRX-L
• FRCHX
• General Fusion – en desarrollo
• Proyecto LINUS

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Véase también

• Lista de reactores nucleares