Un pellizco de campo inverso ( RFP ) es un dispositivo que se utiliza 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 del tokamak más común . A medida que uno se mueve radialmente, la parte del campo magnético que apunta toroidalmente invierte su dirección, dando lugar 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 magnetohidrodinámica no ideal (resistiva) . Las RFP también se utilizan para estudiar plasmas astrofísicos , que comparten muchas características comunes.
El dispositivo de pinza de campo inverso más grande actualmente en funcionamiento es el RFX (R / a = 2 / 0,46) en Padua , Italia . Otros incluyen MST (R / a = 1.5 / 0.5) en los Estados Unidos, EXTRAP T2R (R / a = 1.24 / 0.18) en Suecia, RELAX (R = 0.51 / 0.25) en Japón y KTX (R / a = 1,4 / 0,4) en China.
Caracteristicas
A diferencia del Tokamak , que tiene un campo magnético mucho más grande en la dirección toroidal que en la dirección poloidal, una RFP tiene una fuerza de campo comparable en ambas direcciones (aunque el signo del campo toroidal se invierte). Además, una RFP típica tiene una intensidad de campo de aproximadamente la mitad a una décima parte de la de un Tokamak comparable. La RFP también se basa en impulsar la corriente en el plasma para reforzar el campo de los imanes a través del efecto dínamo.
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 más grandes que los campos de los imanes .
RFP en Fusion Research: comparación con otras configuraciones de confinamiento
La RFP tiene muchas características que la convierten en una configuración prometedora para un potencial reactor de fusión.
Ventajas
Debido a los campos generales más bajos, es posible que un reactor RFP no necesite imanes superconductores. Esta es una gran ventaja sobre los tokamaks, ya que los imanes superconductores son delicados y caros, por lo que deben protegerse del entorno de fusión rico en neutrones. Las RFP son susceptibles a las inestabilidades de la superficie y, por lo tanto, requieren una carcasa ajustada. Algunos experimentos (como el Madison Symmetric Torus ) utilizan su carcasa ajustada como una bobina magnética impulsando la corriente a través de la propia carcasa. Esto es atractivo desde el punto de vista del reactor, ya que una capa de cobre sólido (por ejemplo) sería bastante robusta contra los neutrones de alta energía, en comparación con los imanes superconductores. Tampoco hay un límite beta establecido para las RFP. Existe la posibilidad de que un pellizco de campo inverso pueda lograr la ignición únicamente con energía óhmica (al conducir la corriente a través del plasma y generar calor a partir de la resistencia eléctrica, en lugar de a través del calentamiento por resonancia de ciclotrón de electrones ), lo que sería mucho más simple que los diseños de tokamak, aunque no se pudo operar en estado estable.
Desventajas
Normalmente, las RFP requieren una gran cantidad de corriente para ser impulsadas, y aunque se están realizando experimentos prometedores, no existe un método establecido para reemplazar la corriente impulsada por ohmios, que está fundamentalmente limitada por los parámetros de la máquina. Las RFP también son propensas a los modos de desgarro que conducen a islas magnéticas superpuestas y, por lo tanto, a un transporte rápido desde el núcleo del plasma hasta el borde. Estos problemas son áreas de investigación activa en la comunidad de RFP.
El confinamiento del plasma en las mejores RFP es solo un 1% más bueno que en los mejores tokamaks. Una razón de esto es que todas las RFP existentes son relativamente pequeñas. MST era más grande que cualquier dispositivo RFP anterior y, por lo tanto, probó este importante problema de tamaño. [1] . Se cree que la RFP requiere una carcasa con alta conductividad eléctrica muy cerca del límite del plasma. Este requisito es una complicación desafortunada en un reactor. El Madison Symmetric Torus fue diseñado para probar esta suposición y aprender qué tan bueno debe ser el conductor y qué tan cerca del plasma debe colocarse. En RFX, el caparazón grueso fue reemplazado por un sistema activo de 192 bobinas, que cubren todo el toro con su forma de silla de montar, y responden al empuje magnético del plasma. El control activo de los modos de plasma también es posible con este sistema.
Investigación en física del plasma
The Reversed Field Pinch también es interesante desde el punto de vista de la física. La dinámica de las RFP es muy turbulenta. Las 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 de Pinch de campo invertido.