Experimento con un Tokamak de litio

LTX

Experimento con un Tokamak de litio
Vaso de plasma de LTX
Tipo de dispositivo	Tokamak
Ubicación	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	Experimento de actualización de la unidad actual (CDX-U)
Campo de golf
Sitio web	El experimento del Tokamak de litio (LTX)

El Experimento Tokamak de Litio (LTX), y su predecesor, el Experimento de Actualización de Impulsión de Corriente (CDX-U), son dispositivos dedicados al estudio del litio líquido como componente orientado al plasma (PFC) en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton .

Una de las cuestiones de investigación en curso para el desarrollo de la energía de fusión comercial es la elección del material para las partes del recipiente del reactor que dan al plasma, también conocidas como la primera pared. La mayoría de los reactores funcionan al equivalente de un alto vacío y, por lo tanto, requieren materiales de alta resistencia para resistir la presión interna de los imanes contra el interior vacío. Los materiales típicos son los que se utilizan en otros procesos químicos y atómicos, como diversas aleaciones de acero.

Lamentablemente, estos mismos materiales presentan una serie de desventajas cuando se utilizan en reactores de fusión. Uno de los principales problemas es que, cuando el combustible de fusión que escapa entra en contacto con 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". El otro problema es que estas reacciones también pueden desprender átomos de metal y, debido a su elevada masa atómica, o "alta Z", cuando se calientan emiten grandes cantidades de rayos X que también enfrían el combustible de 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 queda retenido en el PFC. Además, el litio tiene un número atómico bajo, Z. Esto proporciona la menor pérdida de energía posible por radiación del material de PFC que puede terminar en el plasma, porque la radiación aumenta fuertemente con el aumento de Z. Finalmente, el litio líquido que fluye también puede manejar potencialmente las altas densidades de potencia esperadas en las paredes del reactor.

Todos los principales tokamaks han obtenido su mejor rendimiento en condiciones de bajo reciclaje. Si se puede lograr una pared totalmente libre de reciclaje, la teoría predice que la naturaleza básica del confinamiento magnético cambiará. ^{[ cita requerida ]} Los perfiles de temperatura y densidad, y las distribuciones de corriente de plasma, eliminarían potencialmente las inestabilidades deletéreas del plasma. Además, se reducirían los mecanismos de transporte que causan la pérdida de energía y partículas, y podrían resultar plasmas con un confinamiento de energía más alto. ^{[ cita requerida ]}

Operó en PPPL desde 2000 hasta 2005. ^[1]

Como primera prueba de PFC de litio líquido de gran superficie, el CDX-U tenía una bandeja toroidal en la parte inferior de la cámara de vacío para contener el litio. Incluso con este PFC no reciclado parcial, se obtuvieron mejoras importantes en el rendimiento del plasma. Se redujeron las impurezas y se observó una mejora espectacular (x6) en el confinamiento de energía en 2005. ^[1]

Para lograr un PFC más completo y sin reciclaje, se desmontó el recipiente de vacío del CDX-U para instalar una carcasa interior calefactada en su interior. Este fue un paso importante para la conversión del CDX-U a LTX.

LTX tuvo su primer plasma en 2008, y su primera ejecución con recubrimientos de paredes de litio en 2010. ^[1]

La carcasa se fabricó con láminas de cobre de 3/8”, a las que se les adhirió mediante explosión un revestimiento de acero inoxidable . La superficie de acero inoxidable que da 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 PFC del LTX (~5 m2) consistirá en litio líquido no reciclable.

Entre 2016 y 2019, el 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]