El Experimento Helically Symmetric ( HSX , estilizado como Helically Symmetric eXperiment ), es un dispositivo de confinamiento de plasma experimental en la Universidad de Wisconsin-Madison , con principios de diseño que están destinados a ser incorporados en un reactor de fusión . El HSX es un estelarizador de bobina modular que es un recipiente a presión en forma de toroide con electroimanes externos que generan un campo magnético con el propósito de contener un plasma. Comenzó a funcionar en 1999. [1]
Experimento helicoidalmente simétrico | |
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Tipo de dispositivo | Stellarator |
Localización | Madison , Wisconsin , Estados Unidos |
Afiliación | Universidad de Wisconsin-Madison |
Especificaciones técnicas | |
Radio mayor | 1,2 m (3 pies 11 pulgadas) |
Radio menor | 0,15 m (5,9 pulgadas) |
Volumen de plasma | 0,44 m 3 |
Campo magnético | 1,25 toneladas (12,500 G) |
Poder de calefacción | 100 kW (ECH) |
Duración de la descarga | 0,2 s (pulso) |
Corriente de plasma | 13,4 kA |
Temperatura del plasma | 2000-2500 eV (temperatura de electrones) |
Historia | |
Año (s) de funcionamiento | 1999-presente |
Enlaces | |
Otros enlaces | Parámetros del dispositivo HSX |
Fondo
Un stellarator es un dispositivo de fusión por confinamiento magnético que genera todos los campos magnéticos necesarios para confinar el plasma de alta temperatura mediante bobinas magnéticas externas. Por el contrario, en los tokamaks y los pellizcos de campo inverso , el campo magnético se crea mediante la interacción de imanes externos y una corriente eléctrica que fluye a través del plasma. La falta de esta gran corriente de plasma impulsada externamente hace que los esteladores sean adecuados para plantas de energía de fusión en estado estacionario.
Sin embargo, debido a la naturaleza no simétrica de los campos, los estelaradores antiguos tienen una combinación de modulación toroidal y helicoidal de las líneas del campo magnético, lo que conduce a un alto transporte de plasma fuera del volumen de confinamiento en condiciones relevantes para la fusión, resuelto en Wendelstein. 7-X que tiene un mejor confinamiento de partículas que el esperado en ITER, y logra una duración del plasma de 30 minutos. Este gran transporte en antiguos estelaradores puede limitar su rendimiento como reactores de fusión .
Este problema se puede reducir en gran medida adaptando la geometría del campo magnético. Las dramáticas mejoras en la capacidad de modelado por computadora en las últimas dos décadas han ayudado a "optimizar" la geometría magnética para reducir este transporte, dando como resultado una nueva clase de estelaradores llamados "estelaradores cuasi-simétricos". Los electroimanes de aspecto extraño modelados por computadora producirán directamente la configuración de campo magnético necesaria. Estos dispositivos combinan las buenas propiedades de confinamiento de los tokamaks y la naturaleza de estado estable de los estelaradores convencionales. El Experimento Helically Symmetric (HSX) de la Universidad de Wisconsin-Madison es un estelarizador cuasi-helicoidalmente simétrico ( eje helicoidal de simetría ).
Dispositivo
El campo magnético en HSX es generado por un conjunto de 48 bobinas retorcidas dispuestas en cuatro períodos de campo. HSX normalmente opera en un campo magnético de 1 Tesla en el centro de la columna de plasma. Se utiliza un conjunto de bobinas auxiliares para romper deliberadamente la simetría para imitar las propiedades convencionales del estelarador para la comparación.
El recipiente de vacío HSX está hecho de acero inoxidable y tiene una forma helicoidal para seguir la geometría magnética.
La formación y el calentamiento del plasma se logra utilizando 28 GHz, calentamiento por resonancia de ciclotrón de electrones de 100 kW (ECRH). Recientemente se instaló un segundo gyrotron de 100 kW en HSX para realizar estudios de modulación de pulsos de calor. [2]
Operaciones
Los plasmas de hasta 3 kiloelectronvoltios de temperatura y aproximadamente 8 × 10 12 / cc de densidad se forman de forma rutinaria para varios experimentos. [ cita requerida ]
Subsistemas, diagnósticos
HSX tiene un gran conjunto de diagnósticos para medir las propiedades del plasma y los campos magnéticos. A continuación, se ofrece una lista de los principales diagnósticos y subsistemas.
- Dispersión de Thomson
- Haz de diagnóstico neutro
- Sistema de calentamiento por resonancia de ciclotrón de electrones
- Radiómetros de emisión de ciclotrón de electrones
- Espectroscopía de recombinación de intercambio de carga
- Interferómetro
- Efecto Motional Stark
- Sonda de haz de iones pesados (próximamente)
- Explosión láser
- Detectores de rayos X duros y blandos
- Bobinas Mirnov
- Bobinas de Rogowski
- Espectroscopia pasiva
Metas y logros importantes
HSX ha hecho y sigue haciendo contribuciones fundamentales a la física de los estelaradores cuasi-simétricos que muestran una mejora significativa sobre el concepto de estelarador convencional. [ cita requerida ] Estos incluyen:
- Medición de grandes flujos de iones en la dirección de la cuasimetría.
- Amortiguación de flujo reducida en la dirección de la cuasimetría
- Desviación reducida de partículas pasantes desde una superficie de flujo
- Órbitas de pérdida directa reducidas
- Transporte neoclásico reducido
- Corrientes paralelas de equilibrio reducidas debido a la alta transformada efectiva
Experimentos en curso
Los estudiantes, el personal y las facultades están realizando una gran cantidad de trabajos de investigación experimental y computacional en HSX. Algunos de ellos están en colaboración con otras universidades y laboratorios nacionales, tanto en EE. UU. Como en el extranjero. Los principales proyectos de investigación en la actualidad se enumeran a continuación:
- Efecto de la cuasi-simetría en los flujos de plasma
- Transporte de impurezas
- Calefacción por radiofrecuencia
- Alimentación de plasma supersónico y población neutra
- Experimentos de propagación de pulsos de calor para estudiar el transporte térmico
- Interacción de turbulencias y flujos en HSX y los efectos de la cuasi-simetría en la determinación del campo eléctrico radial
- Reconstrucción de equilibrio de la densidad plasmática, la presión y los perfiles de corriente.
- Efectos de la viscosidad y la simetría en la determinación de los flujos y el campo eléctrico radial.
- Flujos de desvío, flujos de borde de partículas
- Efecto del campo eléctrico radial en la corriente de arranque
- Efecto de la cuasi-simetría sobre el confinamiento de iones rápidos
Referencias
- ^ Lobner, Pete. "Experimento helicoidalmente simétrico | El grupo Lyncean de San Diego" . Consultado el 20 de junio de 2020 .
- ^ "Parámetros del dispositivo HSX" . HSX - Experimento helicoidalmente simétrico . Consultado el 20 de junio de 2020 .
Recursos adicionales
- Canik, JM; DT Anderson; FSB Anderson; KM Likin; JN Talmadge & K. Zhai (23 de febrero de 2007). "Demostración experimental de transporte neoclásico mejorado con simetría cuasihelical". Phys. Rev. Lett . 98 (8): 085002. Código Bibliográfico : 2007PhRvL..98h5002C . doi : 10.1103 / PhysRevLett.98.085002 . PMID 17359105 .
enlaces externos
- Página web oficial
- Pruebas experimentales de quasisimetría en HSX. Talmadge Slide 4 se compara con tokamak