El Lithium Tokamak Experiment (LTX), y su predecesor, el Current Drive Experiment-Upgrade (CDX-U), son dispositivos dedicados al estudio del litio líquido como componente de cara al plasma (PFC) en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton .
Experimento de litio Tokamak | |
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Tipo de dispositivo | Tokamak |
Localización | Princeton , Nueva Jersey , Estados Unidos |
Afiliación | Laboratorio de Física del Plasma de Princeton |
Historia | |
Fecha (s) de construcción | 2000 (como CDX-U) |
Año (s) de operación | 2008-presente |
Precedido por | Actualización del experimento de la unidad actual (CDX-U) |
Enlaces | |
Sitio web | El experimento de Lithium Tokamak (LTX) |
Beneficios del litio como PFC
Uno de los temas de investigación en curso para el desarrollo de la energía de fusión comercial es la elección del material para las partes de la vasija del reactor que miran al plasma, también conocida como la primera pared. La mayoría de los reactores operan al equivalente de un alto vacío y, por lo tanto, exigen materiales de alta resistencia para resistir la presión hacia adentro de los imanes contra el interior vacío. Los materiales típicos son los que se utilizan en otros procesos químicos y atómicos, como varias aleaciones de acero.
Desafortunadamente, estos mismos materiales tienen varias desventajas cuando se usan en reactores de fusión. Un problema importante es que cuando el combustible de fusión que se escapa golpea el material, se enfría, regresa a la masa de combustible a una temperatura más baja y enfría el combustible en su totalidad. Esto se conoce como "reciclaje". La otra es que estas reacciones también pueden desprender átomos de metal, y debido a su alta masa atómica, o "alta Z", cuando se calientan emiten grandes cantidades de rayos X que también enfrían el combustible del plasma.
Una de las características atractivas de un PFC de litio líquido es que prácticamente elimina el reciclaje. Esto se debe a que el litio tiene una alta reactividad química con el hidrógeno atómico , que luego se retiene en el PFC. Además, el litio tiene un número atómico bajo, Z. Esto da la menor pérdida de energía posible por radiación del material PFC que puede terminar en el plasma, porque la radiación aumenta fuertemente con el aumento de Z. Por último, el litio líquido que fluye también puede potencialmente manejar el Se esperan altas densidades de potencia en las paredes del reactor.
Rendimiento de Tokamak
Todos los principales tokamaks han obtenido su mejor rendimiento en condiciones de bajo reciclaje. Si se puede lograr una pared que no sea completamente reciclable, la teoría predice que la naturaleza básica del confinamiento magnético cambiará. [ cita requerida ] Los perfiles de temperatura y densidad, y las distribuciones de la corriente de plasma, eliminarían potencialmente las inestabilidades deletéreas del plasma. Además, se reducirían los mecanismos de transporte que provocan la pérdida de energía y partículas, y podrían producirse plasmas con mayor confinamiento energético. [ cita requerida ]
CDX-U
Operó en PPPL de 2000 a 2005. [1]
Como primera prueba de PFC de litio líquido de gran superficie, el CDX-U tenía una bandeja toroidal en el fondo de la cámara de vacío para contener el litio. Incluso con este PFC de no reciclado parcial, se obtuvieron importantes mejoras en el rendimiento del plasma. Se redujeron las impurezas y en 2005 se observó una mejora dramática (x6) en el confinamiento de energía [1].
Conversión de CDX-U a LTX
Para lograr un PFC más completo sin reciclaje, el recipiente de vacío CDX-U se desmontó para la instalación de una carcasa interior calentada en su interior. Este fue un paso importante para la conversión de CDX-U a LTX.
LTX tuvo su primer plasma en 2008 y se ejecutó por primera vez con revestimientos de pared de litio en 2010. [1]
Construcción
El caparazón se fabricó con láminas de cobre de 3/8 ” , que tenían un revestimiento de acero inoxidable adherido de manera explosiva . La superficie de acero inoxidable que mira al plasma de la carcasa interior del LTX se recubrirá con litio entre disparos, utilizando un evaporador de haz de electrones . Al mantener la temperatura de la carcasa por encima del punto de fusión del litio, el 90% del área de LTX PFC (~ 5 m2) consistirá en litio líquido que no se recicla.
LTX-β
De 2016 a 2019, LTX se actualizó para convertirse en LTX-β. [2] La actualización aumentó el campo magnético en aproximadamente dos tercios y agregó 500 kW de calentamiento del inyector de haz neutro . [2] Los primeros resultados de la instalación mejorada se informaron en agosto de 2020. [3]