Modo localizado en el borde

Un modo localizado en el borde (ELM) es una inestabilidad del plasma que se produce en la región del borde de un plasma de tokamak debido a relajaciones periódicas de la barrera de transporte del borde en el modo de alto confinamiento . Cada ráfaga de ELM está asociada con la expulsión de partículas y energía del plasma confinado hacia la capa de raspado. Este fenómeno se observó por primera vez en el tokamak ASDEX en 1981. [1] Los efectos diamagnéticos en las ecuaciones del modelo expanden el tamaño del espacio de parámetros en el que se pueden recuperar soluciones de dientes de sierra repetidos en comparación con un modelo MHD resistivo. [2] Un ELM puede expulsar hasta el 20 por ciento de la energía del reactor. [3]

Asuntos

El ELM es un desafío importante en la investigación de la fusión magnética con tokamaks, ya que estas inestabilidades pueden:

  • Dañar los componentes de la pared (en particular las placas desviadoras ) ablacionándolos debido a su tasa de transferencia de energía extremadamente alta (GW/m 2 ); [4]
  • Potencialmente acoplar o desencadenar otras inestabilidades, como el modo de pared resistiva (RWM) o el modo de desgarro neoclásico (NTM). [5]

Prevención y control

Se han realizado diversos experimentos y simulaciones para intentar mitigar los daños causados ​​por el ELM. Las técnicas incluyen:

  • La aplicación de perturbaciones magnéticas resonantes (RMP) con bobinas que transportan corriente dentro del recipiente puede eliminar o debilitar las ELM. [6]
  • Inyección de perdigones para aumentar la frecuencia y, por lo tanto, disminuir la gravedad de las ráfagas ELM ( actualización ASDEX ). [ cita requerida ]
  • Múltiples ELM de pequeña escala (000 s/s) en tokamaks para evitar la creación de otros grandes, distribuyendo el calor asociado sobre un área e intervalo más grandes [7]
  • Aumentar la densidad del plasma y, a altas densidades, ajustar la topología de las líneas del campo magnético que confinan el plasma. [8]

Historia

En 2003, DIII-D comenzó a experimentar con perturbaciones magnéticas resonantes para controlar los ELM. [9]

En 2006 se puso en marcha una iniciativa (Proyecto Aster) para simular un ciclo ELM completo, que incluyera su inicio, la fase altamente no lineal y su decaimiento. Sin embargo, esto no constituyó un ciclo ELM “real”, ya que un ciclo ELM real requeriría modelar el crecimiento lento después del colapso, a fin de producir un segundo ELM.

A finales de 2011, varias instalaciones de investigación habían demostrado un control activo o la supresión de los ELM en plasmas tokamak. Por ejemplo, el tokamak KSTAR utilizó configuraciones de campo magnético tridimensionales asimétricas específicas para lograr este objetivo. [10] [11]

En 2015, se publicaron los resultados de la primera simulación que demostró el ciclo repetido de ELM. [12]

En 2022, los investigadores comenzaron a probar la hipótesis del ELM pequeño en JET para evaluar la utilidad de la técnica. [7] [3]

Véase también

Referencias

  1. ^ F., Wagner; AR, Field; G., Fussmann; JV, Hofmann; ME, Manso; O., Vollmer; José, Matias (1990). "Resultados recientes de estudios del modo H en ASDEX". 13.ª Conferencia Internacional sobre Física del Plasma y Fusión Nuclear Controlada : 277–290. hdl :10198/9098.
  2. ^ Halpern, FD; Leblond, D; Lütjens, H; Luciani, JF (30 de noviembre de 2010). "Regímenes de oscilación del modo de torcedura interna en plasmas tokamak". Plasma Physics and Controlled Fusion . 53 (1): 015011. doi :10.1088/0741-3335/53/1/015011. ISSN  0741-3335. S2CID  122868427.
  3. ^ ab Choi, Charles Q. (20 de octubre de 2022). «El caos controlado puede ser la clave para una energía limpia ilimitada». Inverse . Consultado el 26 de octubre de 2022 .
  4. ^ Lee, Chris (13 de septiembre de 2018). «Una tercera dimensión ayuda al reactor de fusión Tokamak a evitar una inestabilidad que destruya las paredes». Ars Technica . Consultado el 17 de septiembre de 2018 .
  5. ^ Leonard, AW (11 de septiembre de 2014). "Modos localizados en el borde en tokamaks". Física de plasmas . 21 (9): 090501. Bibcode :2014PhPl...21i0501L. doi :10.1063/1.4894742. OSTI  1352343.
  6. ^ TE Evans; et al. (2008). "Supresión de ELM por RMP en plasmas DIII-D con formas y colisiones similares a las de ITER". Nucl. Fusion . 92 (48): 024002. Bibcode :2008NucFu..48b4002E. doi :10.1088/0029-5515/48/2/024002. hdl : 11858/00-001M-0000-0026-FFB5-4 . S2CID  54039023.
  7. ^ ab Harrer, GF; Faitsch, M.; Radovanovic, L.; Wolfrum, E.; Albert, C.; Cathey, A.; Cavedon, M.; Dunne, M.; Eich, T.; Fischer, R.; Griener, M.; Hoelzl, M.; Labit, B.; Meyer, H.; Aumayr, F. (10 de octubre de 2022). "Escenario de escape cuasicontinuo para un reactor de fusión: el renacimiento de los modos localizados de borde pequeño". Physical Review Letters . 129 (16): 165001. arXiv : 2110.12664 . Código Bibliográfico :2022PhRvL.129p5001H. doi :10.1103/PhysRevLett.129.165001. Número de modelo: PMID  36306746. Número de modelo: S2CID  239768831.
  8. ^ "Las inestabilidades de los reactores de fusión se pueden optimizar ajustando la densidad del plasma y los campos magnéticos". Physics World . 4 de noviembre de 2022.
  9. ^ TE Evans; et al. (2004). "Supresión de modos grandes localizados en los bordes en plasmas DIII-D de alto confinamiento con un límite magnético estocástico". Physical Review Letters . 92 (23): 235003. Bibcode :2004PhRvL..92w5003E. doi :10.1103/PhysRevLett.92.235003. PMID  15245164.
  10. ^ Kwon, Eunhee (10 de noviembre de 2011). "KSTAR anuncia la supresión exitosa del ELM" . Consultado el 11 de diciembre de 2011 .
  11. ^ Park, Jong-Kyu; Jeon, YoungMu; In, Yongkyoon; Ahn, Joon-Wook; Nazikian, Raffi; Park, Gunyoung; Kim, Jaehyun; Lee, HyungHo; Ko, WonHa; Kim, Hyun-Seok; Logan, Nikolas C.; Wang, Zhirui; Feibush, Eliot A.; Menard, Jonathan E.; Zarnstroff, Michael C. (10 de septiembre de 2018). "Control de espacio de fase de campo 3D en plasmas tokamak". Nature Physics . 14 (12): 1223–1228. Código Bibliográfico :2018NatPh..14.1223P. doi :10.1038/s41567-018-0268-8. ISSN  1745-2473. OSTI  1485109. S2CID  125338335.
  12. ^ Orain, François; Bécoulet, M; Morales, J; Huijsmans, GTA; Dif-Pradalier, G; Hoelzl, M; Garbet, X; Pamela, S; Nardon, E (28 de noviembre de 2014). "Modelado MHD no lineal de ciclos de modos localizados en el borde y mitigación mediante perturbaciones magnéticas resonantes" (PDF) . Plasma Physics and Controlled Fusion . 57 (1): 014020. doi :10.1088/0741-3335/57/1/014020. ISSN  0741-3335. S2CID  44243673.

Lectura adicional

  • Kirk, A; Liu, Yueqiang; Chapman, IT; Harrison, J; Nardon, E; Scannell, R; Thornton, AJ (6 de marzo de 2013). "Efecto de perturbaciones magnéticas resonantes en ELM en plasmas doblemente nulos conectados en MAST". Plasma Physics and Controlled Fusion . 55 (4): 045007. arXiv : 1303.0146 . Bibcode :2013PPCF...55d5007K. doi :10.1088/0741-3335/55/4/045007. ISSN  0741-3335. S2CID  119208710.
  • Tala, Tuomas; Garbet, Xavier (2006). «Física de las barreras del transporte interno» (PDF) . Cuentas Rendus Physique . 7 (6): 622–633. Código Bib : 2006CRPhy...7..622T. doi :10.1016/j.crhy.2006.06.005 - vía Elsevier Science Direct .
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