Científicos estadounidenses introdujeron un nuevo tipo de tokamak esférico

Experimento Nacional de Toro Esférico (NSTX-U) (Foto: Oficina PPPL)

El Laboratorio de Física de Plasma de la Universidad de Princeton está trabajando actualmente en un nuevo diseño de reactor de fusión. Los científicos llaman a su reactor "una estrella en un banco". Además, el diseño de los "bancos" es muy importante. La eficiencia del reactor depende de su forma y de otros parámetros.

El elemento central de un tokamak suele ser una rosquilla. El nuevo diseño del National Spherical Torus Experiment (NSTX-U) es más como una manzana. Hasta la fecha, los tokamaks esféricos más avanzados del mundo son NSTX-U en los EE. UU. Y MAST en el Reino Unido. Según los desarrolladores, un tokamak esférico permite una reacción de fusión nuclear a costos de energía mucho más bajos que en el caso del tokamak tradicional.

El hecho es que el tamaño del orificio en el centro del tokamak, donde se forma el plasma y se mantiene en reactores termonucleares esféricos, puede ser la mitad que un orificio similar en un reactor convencional. En un reactor esférico, el plasma de alta presión se forma en un campo magnético relativamente débil, que requiere mucha menos energía para crear que lo necesario en un análogo estándar.

Tokamak (cámara toroidal con bobinas magnéticas): instalación para confinamiento de plasma magnético con el fin de lograr las condiciones necesarias para el curso de la fusión termonuclear controlada. El plasma en un tokamak no es retenido por las paredes de la cámara.que no pueden soportar la temperatura necesaria para las reacciones termonucleares, y por un campo magnético combinado especialmente creado: un campo toroidal externo y poloidal de corriente que fluye a través del cordón de plasma. En comparación con otras instalaciones que utilizan un campo magnético para contener plasma, el uso de corriente eléctrica es la característica principal del tokamak. La corriente en el plasma proporciona calentamiento del plasma y mantiene el equilibrio del cordón de plasma en la cámara de vacío. Este tokamak, en particular, difiere del stellarator , que es uno de los esquemas de contención alternativos en los que los campos toroidales y poloidales se crean utilizando bobinas magnéticas externas.


Fuente: econet.ru

Los científicos publicaron información sobre su proyecto en una publicación científica autorizadaLa fusión a través de Nuclear . Hasta ahora, dicen los expertos, es demasiado pronto para hablar sobre la creación de un reactor de tamaño completo que pueda usarse con fines comerciales. Estos son solo modelos de un reactor de fusión real. Pero en tal modelo ya se puede obtener la primera energía.

NSTX-U probará materiales que se consideren adecuados como elementos estructurales para un reactor de fusión. Es posible que en un reactor de nuevo diseño sea posible obtener una reacción de fusión ya autosuficiente. El tokamak NSTX-U producirá tritio, que también es combustible. Inicialmente, una cierta cantidad de combustible inicial (deuterio ( ² H) y tritio ( ³H)). Como esperan los científicos, el reactor podrá sintetizar un átomo del mismo isótopo de hidrógeno por cada átomo de tritio consumido.

El diseño especial del tokamak proporcionará un campo magnético con una configuración especial. Esto, a su vez, evitará las consecuencias negativas de la exposición a temperaturas demasiado altas en el reactor. Los diversos elementos del tokamak se pueden quitar de forma independiente para su mantenimiento o reparación. El trabajo técnico se realizará utilizando robots de forma remota.

Los anillos superconductores reemplazarán el cobre en un nuevo tipo de tokamak. Tal reemplazo tendrá efectos positivos y negativos. Un punto positivo es la reducción en los costos de energía. Negativo: se requerirá protección adicional de los anillos superconductores contra la temperatura y la radiación. Debido a esto, tendrá que aumentar ligeramente el tamaño de la instalación. Gracias a los nuevos conductores de alta temperatura, se puede aumentar la densidad de corriente en ellos. Esto significa que se reducirá la sección transversal de los imanes para un tokamak esférico. En la columna central será posible colocar una manta, que es responsable de la "reproducción" del tritio. Los expertos estadounidenses dicen que ahora el coeficiente de reproducción del tritio se elevará a 1.04-1.1.


Tokamak ordinario en forma de rosquilla (ilustración: Wikimedia)

"NSTX-U y MAST-U ampliarán los horizontes actuales en física, proporcionarán nueva información sobre plasma a alta temperatura y acercarán el tiempo de las instalaciones comerciales", dice el gerente del proyecto Stewart Prager. También afirma que en el reactor MAST, la producción de plasma de alta densidad y alta temperatura se llevará a cabo sin problemas y aspectos negativos para la instalación en sí. Estos dos tokamaks son los prototipos de la Fusion Nuclear Science Facility de fusión completa, que se planea construir en 15 años.

"La razón principal para la búsqueda de un nuevo diseño de tokamak es la esperanza de una reacción de fusión nuclear con menos recursos que con un tokamak estándar", dice uno de los participantes del proyecto. Bien puede ser que los tokamaks esféricos sean los precursores de instalaciones completas que le darán a la humanidad una fuente inagotable de energía. Quizás el momento en que la "estrella en el banco" comienza a dar energía a la humanidad ya está cerca.

Source: https://habr.com/ru/post/es397057/