GRUPO DE FISICA DEL PLASMA Introducción a la fusión Acerca del grupo Miembros Temas de investigación Publicaciones Colaboraciones Contactar FTP anónimo Novedades! ” 2002, Departamento de Física. Universidad Carlos III de Madrid.

Compact Helical Stellarator (CHS) (Fuente: NIFS)   INTRODUCCIÓN A LA FUSIÓN POR CONFINAMIENTO MAGNÉTICO   Los prototipos para reactores de fusión por confinamiento magnético son una aplicación más del hecho de que las partículas cargadas necesariamente describen hélices a lo largo de las líneas magnéticas como resultado de la fuerza de Lorenz, F=qvxB. En fusión, se trata de lograr que dos nucleos ligeros (usualmente alguno de los isótopos del hidrogeno, como el deuterio o el tritio) se acerquen lo suficiente como para sepurar la repulsión electróstatica y se fundan, para dar lugar a uno más pesado (en el caso del hidrógeno, se obtiene helio) y energía. Esta energía puede posteriormente convertirse en energía térmica o eléctrica, y puede ser una de las maneras de solventar la dependencia enfermiza (y cercana al agotamiento) de los combustibles fósiles de la sociedad industrializada. MODOS DE CONFINAMIENTO Sin embargo, las temperaturas necesarias para que estos núcleos se acerquen lo suficiente son de millones de grados, con lo que el hidrógeno esta totalmente ionizado, es decir, los electrones y los núcleos estan separados, formando lo que se conoce como un plasma. Es necesario contener este plasma por un tiempo suficientemente largo como para que se produzcan muchas reacciones de fusión, y a temperaturas tan altas, no hay muchas opciones de como hacerlo. El Sol utiliza la gravedad para contener el plasma de hidrógeno, pero en la Tierra no tenemos ni tanto plasma ni tanto sitio, por lo que hay que conformarse con soluciones más modestas. Dos líneas diferentes se han propuesto: 1) por confinamiento inercial, en la que el plasma se contiene por muy poco tiempo (microsegundos), pero a densidades muy altas (con lo que se producen muchas reacciones). Se consigue comprimiendo una pastilla de hidrógeno mediante láseres de gran potencia; 2) por confinamiento magnético: puesto que el plasma esta formado por partículas cargadas, estas estan obligadas a moverse describiendo hélices a lo largo de las líneas magnéticas. Disponiendo estas líneas de manera que se cierren sobre sí mismas, y estén contenidas en una región limitada del espacio, las partículas estarán confinadas a densidades más modestas durante tiempos lo suficientemente largos como para conseguir muchas reacciones de fusión. Figura 1: Modos de confinamiento TOKAMAKS Y STELLARATORS La forma de estos campos magnéticos pueden entenderse del siguiente modo: es como si tuvieramos una familia de toros (recordad que un "toroide" es como un "donut" hueco) anidados, el uno dentro del otro. Al más interno, que no será ya hueco, se le llama eje magnético. Cada línea magnética está necesariamente contenida en un solo toro, y lo rodea como si trataramos de cubrir la superficie de un chorizo con una cuerda. Sobre el toro se distinguen dos direcciones, una poloidal y otra toroidal: la primera sería la del el ángulo con la que recorremos una sección del toro equivalente a una rodaja del chorizo; la segunda, como si fueramos de un extremo del chorizo al otro, que en el caso del toro coinciden. Por lo tanto, el campo magnético, al estar tangente a cada punto del toro (ya que es tangente a las líneas magnéticas, que están contenidas en el toro), tendra sólo dos componentes, una toroidal y otra poloidal. La componente toroidal se consigue mediante bobinas toroidales, que le dan un aspecto como de chorizo rodeado de aros circulares. Cuando una corriente recorre dichas bobinas estas producen un campo a lo largo de la dirección toroidal (como el producido por un solenoide a lo largo de su eje). La componente poloidal del campo puede producirse de dos maneras: 1) usando tambien bobinas exteriores, dando lugar a un tipo de reactor llamado stellarator o 2) haciendo que una corriente fluya dentro de los toros en la dirección toroidal. Esta corriente dará lugar a la componente poloidal (como el campo creado por un hilo recto de corriente). Esta corriente se consigue haciendo que el plasma sea el segundario de un transformador, como veremos en clase. Este tipo de reactores se llaman tokamaks, y son los que están con mucho más desarrollados. Interior del tokamak JET, en Abbingdon, UK (Fuente: JET) El Heliac Flexible TJII, un tipo de stellarator que está actualmente en operación en el CIEMAT, Madrid. (Fuente: CIEMAT) LINKS SOBRE FUSIÓN POR CONFINAMIENTO MAGNÉTICO Para una introducción a la física de la fusión se puede visitar la página educacional de EURATOM, la organización de la Comunidad Europea responsable de la investigación energética. También, os podeis descargar el panfleto sobre fusión de Euratom pulsando aquí. EURATOM tiene el tokamak más importante del mundo en la actualidad, el JET. Y se presenta como un motor importante en la construcción del next-step tokamak: el projecto ITER, en colaboración con muchos otros países (EE.UU., Japón, China, Rusia y Corea), que puede ser albergado finalmente en Cadarache, Francia. También hay un buen servidor educacional sobre la Fusión en el Princeton Plasma Physics Laboratory, USA. PPPL fue la casa del tokamak TFTR, pero actualmente diseña stellarators como el NCSX y tokamaks esféricos, como el NSTX. Otro servidor interesante es el IPPEX, que explora las posibilidades de Internet para educar a la gente sobre física de plasmas y fusión termonuclear. Finalmente, existe un texto on-line en español escrito por el profesor mexicano Julio Martinell llamado "LOS PROMETEOS MODERNOS O EL ESFUERZO PARA CONTROLAR LA FUSION NUCLEAR" en el que se da una buena introducció al problema de la fusión y las técnicas que se intenta usar para resolverlo. Está accesible siguiendo este buen link .