Pellizco de campo invertido

Un pellizco de campo inverso ( RFP ) es un dispositivo utilizado para producir y contener plasmas casi termonucleares . Es un pellizco toroidal que utiliza una configuración de campo magnético única como esquema para confinar magnéticamente un plasma, principalmente para estudiar la fusión por confinamiento magnético . Su geometría magnética es algo diferente a la de un tokamak . A medida que uno se mueve radialmente, la porción del campo magnético que apunta toroidalmente invierte su dirección, dando origen al término campo invertido . Esta configuración se puede mantener con campos comparativamente más bajos que los de un tokamak de densidad de potencia similar. Una de las desventajas de esta configuración es que tiende a ser más susceptible a efectos no lineales y turbulencias. Esto lo convierte en un sistema útil para estudiar la magnetohidrodinámica no ideal (resistiva) . Las RFP también se utilizan para estudiar plasmas astrofísicos , que comparten muchas características comunes.

El dispositivo de pellizco de campo inverso más grande actualmente en funcionamiento es el RFX (R/a = 2/0,46) en Padua , Italia . Otros incluyen el MST (R/a = 1,5/0,5) en Estados Unidos, EXTRAP T2R (R/a = 1,24/0,18) en Suecia, RELAX (R/a = 0,51/0,25) en Japón y KTX (R/ a = 1,4/0,4) en China.

Características

A diferencia del Tokamak , que tiene un campo magnético mucho mayor en la dirección toroidal que en la dirección poloidal, un RFP tiene una intensidad de campo comparable en ambas direcciones (aunque el signo del campo toroidal se invierte). Además, un RFP típico tiene una intensidad de campo de aproximadamente entre la mitad y una décima parte de la de un Tokamak comparable. El RFP también se basa en impulsar la corriente en el plasma para reforzar el campo de los imanes a través del efecto dinamo.

Topología magnética

El pellizco de campo inverso trabaja hacia un estado de energía mínima .

Las líneas del campo magnético se enrollan libremente alrededor de un toro central . Se enrollan hacia afuera. Cerca del borde del plasma, el campo magnético toroidal se invierte y las líneas de campo se enrollan en la dirección inversa.

Los campos internos son mayores que los campos de los imanes .

RFP en Fusion Research: comparación con otras configuraciones de confinamiento

El RFP tiene muchas características que lo convierten en una configuración prometedora para un potencial reactor de fusión.

Ventajas

Imanes superconductores:
- Es posible que los RFP no necesiten imanes superconductores , lo que proporciona una ventaja significativa sobre los tokamaks.
- Los imanes superconductores son delicados, caros y deben protegerse del entorno de fusión rico en neutrones.
Shell como bobina magnética:
- Algunos experimentos de RFP, como el Madison Symmetric Torus , utilizan una carcasa muy ajustada como bobina magnética.
- Conducir corriente a través de la propia carcasa es atractivo para el diseño del reactor.
- Una capa de cobre sólido podría ser resistente a los neutrones de alta energía en comparación con los imanes superconductores.
Inestabilidades de superficie:
- Los RFP son susceptibles a las inestabilidades de la superficie, lo que requiere una carcasa ajustada.
Límite beta:
- No existe un límite beta establecido para las RFP.
Posibilidad de encendido:
- Existe la posibilidad de que un pellizco de campo invertido pueda lograr el encendido únicamente con potencia óhmica.
- Esto implica conducir corriente a través del plasma y generar calor a partir de una resistencia eléctrica en lugar de mediante resonancia de ciclotrón de electrones , lo que potencialmente simplifica el diseño del reactor en comparación con los tokamaks.
- Sin embargo, es posible que no funcione en estado estable.

Desventajas

Varias áreas clave presentan desafíos en el desarrollo de reactores RFP. Los investigadores están trabajando activamente en soluciones para estos problemas:

Mecanismos de accionamiento de corriente: los dispositivos RFP actuales se basan en un método conocido como accionamiento de corriente óhmica, que tiene limitaciones. Los investigadores están explorando técnicas alternativas de accionamiento de corriente para mejorar la eficiencia y el control.
Mitigación del modo de desgarro: los plasmas RFP son susceptibles a los modos de desgarro, lo que puede afectar negativamente el rendimiento. El desarrollo de métodos de control activo para estos modos es crucial para lograr un confinamiento estable del plasma.
Optimización del confinamiento del plasma: los dispositivos RFP actuales logran tiempos de confinamiento del plasma más bajos en comparación con los tokamaks . Se están realizando investigaciones para optimizar el confinamiento del plasma en las RFP, incluida la investigación del impacto del tamaño del dispositivo a través de proyectos como el Madison Symmetric Torus (MST).
Consideraciones sobre el diseño de la carcasa: El diseño de RFP requiere una carcasa conductora colocada cerca del plasma, lo que presenta desafíos de ingeniería para el diseño del reactor. La investigación se centra en optimizar la configuración de la carcasa para equilibrar el rendimiento y la practicidad.
Estrategias de mantenimiento para sistemas de control de plasma: ciertos diseños de RFP utilizan sistemas de bobinas complejos para el control de plasma. La proximidad de estas bobinas al entorno de plasma de alta temperatura requiere el desarrollo de estrategias de mantenimiento sólidas para garantizar su funcionalidad a largo plazo.

Investigación en física del plasma

El pellizco de campo inverso también es interesante desde el punto de vista de la física. La dinámica de RFP es muy turbulenta. Los RFP también exhiben una fuerte dinamo de plasma, similar a muchos cuerpos astrofísicos. La ciencia básica del plasma es otro aspecto importante de la investigación del Pinch de Campo Inverso.

Ver también

Dominique Franck Escandé

Enlaces externos

RFX: experimento de campo invertido
Medición del flujo de electrones supertérmicos y la temperatura en un experimento de pellizco de campo inverso mediante un analizador de energía de electrones electrostáticos