Modo localizado en el borde

Un modo de borde localizado (ELM) es una inestabilidad del plasma que se produce en la región del borde de un plasma tokamak debido a relajaciones periódicas de la barrera de transporte del borde en el modo de alto confinamiento . Cada explosión de ELM está asociada con la expulsión de partículas y energía del plasma confinado hacia la capa raspable. Este fenómeno se observó por primera vez en el tokamak ASDEX en 1981. ^{[1] Los efectos} diamagnéticos en las ecuaciones del modelo amplían el tamaño del espacio de parámetros en el que se pueden recuperar soluciones de dientes de sierra repetidos en comparación con un modelo MHD resistivo . ^[2] Un ELM puede expulsar hasta el 20 por ciento de la energía del reactor. ^[3]

Asuntos

ELM es un desafío importante en la investigación de la fusión magnética con tokamaks, ya que estas inestabilidades pueden:

• Dañar los componentes de las paredes (en particular, las placas desviadoras ) mediante ablación debido a su tasa de transferencia de energía extremadamente alta (GW/m ² ); ^[4]
• Potencialmente acoplar o desencadenar otras inestabilidades, como el modo de pared resistiva (RWM) o el modo de desgarro neoclásico (NTM). ^[5]

Prevención y control

Una variedad de experimentos/simulaciones han intentado mitigar el daño causado por ELM. Las técnicas incluyen:

• La aplicación de perturbaciones magnéticas resonantes (RMP) con bobinas portadoras de corriente en el recipiente puede eliminar o debilitar los ELM. ^[6]
• Inyectar bolitas para aumentar la frecuencia y así disminuir la gravedad de las ráfagas de ELM ( Actualización ASDEX ). ^{[ cita necesaria ]}
• Múltiples ELM de pequeña escala (000 s/s) en tokamaks para evitar la creación de grandes, distribuyendo el calor asociado sobre un área e intervalo más grandes ^[7]
• Aumentar la densidad del plasma y, a altas densidades, ajustar la topología de las líneas del campo magnético que confinan el plasma. ^[8]

Historia

En 2003, DIII-D comenzó a experimentar con perturbaciones magnéticas resonantes para controlar los ELM. ^[9]

En 2006 se inició una iniciativa (Proyecto Aster) para simular un ciclo ELM completo, incluido su inicio, la fase altamente no lineal y su decadencia. Sin embargo, esto no constituyó un “verdadero” ciclo ELM, ya que un verdadero ciclo ELM requeriría modelar el lento crecimiento después del colapso, para poder producir un segundo ELM.

A finales de 2011, varios centros de investigación habían demostrado un control activo o supresión de ELM en plasmas tokamak. Por ejemplo, el tokamak KSTAR utilizó configuraciones específicas de campos magnéticos tridimensionales asimétricos para lograr este objetivo. ^{[10] [11]}

En 2015, se publicaron los resultados de la primera simulación para demostrar el ciclo repetido de ELM. ^[12]

En 2022, los investigadores comenzaron a probar la hipótesis del pequeño ELM en el JET para evaluar la utilidad de la técnica. ^{[7] [3]}

Ver también

• Perturbaciones magnéticas resonantes , utilizadas para controlar ELM.
• inestabilidad plasmática
• Tokamak

Referencias

1. F., Wagner; AR, Campo; G., Fussmann; JV, Hofmann; YO, Manso; O., Vollmer; José, Matías (1990). "Resultados recientes de estudios en modo H en ASDEX". XIII Conferencia Internacional sobre Física del Plasma y Fusión Nuclear Controlada : 277–290. hdl :10198/9098.
2. Halpern, FD; Leblond, D; Lütjens, H; Luciani, JF (30 de noviembre de 2010). "Regímenes de oscilación del modo de torsión interna en plasmas tokamak". Física del Plasma y Fusión Controlada . 53 (1): 015011. doi : 10.1088/0741-3335/53/1/015011. ISSN  0741-3335. S2CID  122868427.
3. Choi, Charles Q. (20 de octubre de 2022). "El caos controlado puede ser la clave para una energía limpia ilimitada". Inverso . Consultado el 26 de octubre de 2022 .
4. Lee, Chris (13 de septiembre de 2018). "Una tercera dimensión ayuda al reactor de fusión Tokamak a evitar una inestabilidad que destruye las paredes". Ars Técnica . Consultado el 17 de septiembre de 2018 .
5. Leonard, AW (11 de septiembre de 2014). "Modos localizados en el borde en tokamaks". Física de Plasmas . 21 (9): 090501. Código bibliográfico : 2014PhPl...21i0501L. doi : 10.1063/1.4894742. OSTI  1352343.
6. TE Evans; et al. (2008). "Supresión de RMP ELM en plasmas DIII-D con formas y colisiones similares a ITER". Núcleo. Fusión . 92 (48): 024002. Código bibliográfico : 2008NucFu..48b4002E. doi :10.1088/0029-5515/48/2/024002. hdl : 11858/00-001M-0000-0026-FFB5-4 . S2CID  54039023.
7. Harrer, GF; Faitsch, M.; Radovanovic, L.; Wolfrum, E.; Alberto, C.; Cathey, A.; Cavedon, M.; Dunne, M.; Eich, T.; Fischer, R.; Griener, M.; Hoelzl, M.; Labit, B.; Meyer, H.; Aumayr, F. (2022-10-10). "Escenario de escape cuasicontinuo para un reactor de fusión: el renacimiento de los modos localizados de borde pequeño". Cartas de revisión física . 129 (16): 165001. arXiv : 2110.12664 . Código bibliográfico : 2022PhRvL.129p5001H. doi :10.1103/PhysRevLett.129.165001. PMID  36306746. S2CID  239768831.
8. "Las inestabilidades de los reactores de fusión se pueden optimizar ajustando la densidad del plasma y los campos magnéticos". Mundo de la Física . 4 de noviembre de 2022.
9. TE Evans; et al. (2004). "Supresión de modos localizados en bordes grandes en plasmas DIII-D de alto confinamiento con un límite magnético estocástico". Cartas de revisión física . 92 (23): 235003. Código bibliográfico : 2004PhRvL..92w5003E. doi : 10.1103/PhysRevLett.92.235003. PMID  15245164.
10. Kwon, Eunhee (10 de noviembre de 2011). "KSTAR anuncia la supresión exitosa de ELM" . Consultado el 11 de diciembre de 2011 .
11. Parque, Jong-Kyu; Jeon, YoungMu; En, Yongkyoon; Ahn, Joon Wook; Nazikian, Raffi; Parque, Gunyoung; Kim, Jaehyun; Lee, Hyung Ho; Ko, WonHa; Kim, Hyun-Seok; Logan, Nikolas C.; Wang, Zhirui; Feibush, Eliot A.; Menard, Jonathan E.; Zarnstroff, Michael C. (10 de septiembre de 2018). "Control del espacio de fases del campo 3D en plasmas tokamak". Física de la Naturaleza . 14 (12): 1223–1228. Código Bib : 2018NatPh..14.1223P. doi :10.1038/s41567-018-0268-8. ISSN  1745-2473. OSTI  1485109. S2CID  125338335.
12. Orain, François; Becoulet, M; Morales, J; Huijsmans, GTA; Dif-Pradalier, G; Hoelzl, M; Garbet, X; Pamela, S; Nardon, E (28 de noviembre de 2014). "Modelado MHD no lineal de ciclos de modo localizados en bordes y mitigación por perturbaciones magnéticas resonantes" (PDF) . Física del Plasma y Fusión Controlada . 57 (1): 014020. doi :10.1088/0741-3335/57/1/014020. ISSN  0741-3335. S2CID  44243673.

Otras lecturas

• Kirk, A; Liu, Yueqiang; Chapman, TI; Harrison, J; Nardón, E; Scannell, R; Thornton, AJ (6 de marzo de 2013). "Efecto de las perturbaciones magnéticas resonantes en ELM en plasmas dobles nulos conectados en MAST". Física del Plasma y Fusión Controlada . 55 (4): 045007. arXiv : 1303.0146 . Código Bib : 2013PPCF...55d5007K. doi :10.1088/0741-3335/55/4/045007. ISSN  0741-3335. S2CID  119208710.
• Tala, Tuomas; Garbet, Xavier (2006). «Física de las barreras del transporte interno» (PDF) . Cuentas Rendus Physique . 7 (6): 622–633. Código Bib : 2006CRPhy...7..622T. doi :10.1016/j.crhy.2006.06.005 - vía Elsevier Science Direct .