estelarador
Un stellarator es un dispositivo de plasma que se basa principalmente en imanes externos para confinar un plasma. Los científicos que investigan la fusión por confinamiento magnético pretenden utilizar dispositivos stellarator como recipiente para las reacciones de fusión nuclear. El nombre hace referencia a la posibilidad de aprovechar la fuente de energía de las estrellas , como el Sol . [1] Es uno de los primeros dispositivos de energía de fusión , junto con el z-pinch y el espejo magnético .
El stellarator fue inventado por el científico estadounidense Lyman Spitzer de la Universidad de Princeton en 1951, y gran parte de su desarrollo inicial fue realizado por su equipo en lo que se convirtió en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL). El Modelo A de Lyman comenzó a operar en 1953 y demostró el confinamiento de plasma. Siguieron modelos más grandes, pero estos demostraron un bajo rendimiento, perdiendo plasma a tasas mucho peores que las predicciones teóricas. A principios de la década de 1960, se desvaneció cualquier esperanza de producir rápidamente una máquina comercial y la atención se centró en estudiar la teoría fundamental de los plasmas de alta energía. A mediados de la década de 1960, Spitzer estaba convencido de que el stellarator estaba igualando la difusión de Bohm.velocidad, lo que sugería que nunca sería un dispositivo de fusión práctico.
La publicación de información sobre el diseño del tokamak de la URSS en 1968 indicó un salto en el rendimiento. Después de un gran debate dentro de la industria estadounidense, PPPL convirtió el stellarator Modelo C en el Symmetrical Tokamak (ST) como una forma de confirmar o negar estos resultados. ST los confirmó, y el trabajo a gran escala en el concepto stellarator terminó en los EE. UU. cuando el tokamak atrajo la mayor parte de la atención durante las próximas dos décadas. La investigación sobre el diseño continuó en Alemania y Japón, donde se construyeron varios diseños nuevos.
El tokamak finalmente demostró tener problemas similares a los stellarators, pero por diferentes razones. Desde la década de 1990, el diseño de stellarator ha despertado un interés renovado. [2] Los nuevos métodos de construcción han aumentado la calidad y el poder de los campos magnéticos, mejorando el rendimiento. [3] Se han construido varios dispositivos nuevos para probar estos conceptos. Los principales ejemplos incluyen Wendelstein 7-X en Alemania, el experimento helicoidalmente simétrico (HSX) en los EE. UU. y el dispositivo helicoidal grande en Japón.
En 1934, Mark Oliphant , Paul Harteck y Ernest Rutherford fueron los primeros en lograr la fusión en la Tierra, utilizando un acelerador de partículas para disparar núcleos de deuterio en una hoja de metal que contenía deuterio , litio u otros elementos. [4] Estos experimentos les permitieron medir la sección transversal nuclear de varias reacciones de fusión entre núcleos y determinaron que la reacción de tritio-deuterio ocurría a una energía más baja que cualquier otro combustible, alcanzando un máximo de aproximadamente 100 000 electronvoltios (100 keV). [5] [un]
100 keV corresponde a una temperatura de alrededor de mil millones de kelvins . Debido a las estadísticas de Maxwell-Boltzmann , un gas a granel a una temperatura mucho más baja aún contendrá algunas partículas a estas energías mucho más altas. Debido a que las reacciones de fusión liberan tanta energía, incluso un pequeño número de estas reacciones puede liberar suficiente energía para mantener el gas a la temperatura requerida. En 1944, Enrico Fermi demostró que esto ocurriría a una temperatura global de unos 50 millones de grados centígrados, todavía muy caliente pero dentro del rango de los sistemas experimentales existentes. El problema clave era limitardicho plasma; ningún contenedor de material podría soportar esas temperaturas. Pero debido a que los plasmas son eléctricamente conductores, están sujetos a campos eléctricos y magnéticos que brindan una serie de soluciones. [6]
