Experimento dipolo levitado - Levitated Dipole Experiment
| Experimento dipolo levitado | |
|---|---|
 Una imagen de la cámara LDX el 25 de enero de 2010
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| Tipo de dispositivo | Dipolo levitado |
| Ubicación | Cambridge , Massachusetts , Estados Unidos |
| Afiliación | Centro de fusión y ciencia del plasma del MIT |
| Especificaciones técnicas | |
| Radio mayor | 0,34 m (1 pie 1 pulgada) |
| Historia | |
| Año (s) de funcionamiento | 2004 - 2011 |
| Dispositivos relacionados | Experimento Terrella sin colisiones (CTX) |
| Enlaces | |
| Sitio web | El sitio web de Levitated Dipole eXperiment |
El Experimento del dipolo levitado ( LDX ) fue un experimento que investigó la generación de energía de fusión utilizando el concepto de un dipolo levitado . El dispositivo fue el primero de su tipo en probar el concepto de dipolo levitado y fue financiado por el Departamento de Energía de EE. UU . La máquina también fue parte de una colaboración entre el MIT Plasma Science and Fusion Center y la Universidad de Columbia , donde se ubicó otro experimento dipolar levitado, el Experimento Collisionless Terrella (CTX).
LDX cesó sus operaciones en noviembre de 2011 cuando terminó su financiación del Departamento de Energía debido a que los recursos se estaban desviando a la investigación de tokamak .
Concepto y desarrollo
El concepto del dipolo levitado como reactor de fusión fue teorizado por primera vez por Akira Hasegawa en 1987. Posteriormente, el concepto fue propuesto como un experimento por Jay Kesner del MIT y Michael Mauel de la Universidad de Columbia en 1997. La pareja reunió un equipo y recaudó dinero para construir la máquina. Lograron el primer plasma el viernes 13 de agosto de 2004 a las 12:53 p.m. El primer plasma se realizó (1) levitando con éxito el imán dipolo y (2) RF calentando el plasma. Desde entonces, el equipo LDX ha realizado con éxito varias pruebas de levitación, incluida una suspensión de 40 minutos de la bobina superconductora el 9 de febrero de 2007. Poco después, la bobina se dañó en una prueba de control en febrero de 2007 y se reemplazó en mayo de 2007. La bobina de repuesto era inferior, un electroimán de cobre enrollado, que también estaba refrigerado por agua. Los resultados científicos, incluida la observación de un pellizco turbulento hacia adentro, se informaron en Nature Physics .
La máquina
El dipolo
Este experimento necesitaba un electroimán flotante muy especial, que creaba el campo magnético único de la "taza del inodoro". El campo magnético estaba formado originalmente por dos anillos de corrientes contraenrollados. Cada anillo contenía un cable Rutherford de niobio y estaño de 19 hebras (común en los imanes superconductores). Estos giraban dentro de un imán de Inconel ; un imán que parecía una dona de gran tamaño. La rosquilla se cargó mediante inducción . Una vez cargado, generó un campo magnético durante aproximadamente un período de 8 horas. En total, el anillo pesaba 450 kilogramos y levitaba 1,6 metros por encima de un anillo superconductor. El anillo produjo aproximadamente un campo de 5 teslas. Este superconductor estaba encerrado dentro de un helio líquido, que mantenía el electroimán por debajo de los 10 kelvin . Este diseño es similar al experimento del dipolo D20 en Berkeley y al experimento RT-1 en la Universidad de Tokio.
Cámara
El dipolo estaba suspendido dentro de una cámara de vacío en forma de hongo, que tenía unos 5 metros de diámetro y ~ 3 metros de altura. En la base de la cámara había una bobina de carga. Esta bobina se utiliza para cargar el dipolo mediante inducción . La bobina expone el dipolo a un campo magnético variable. A continuación, el dipolo se eleva al centro de la cámara. Esto podría hacerse con soportes o utilizando el propio campo. Alrededor del exterior de esta cámara había bobinas de Helmholtz , que se utilizaron para producir un campo magnético circundante uniforme. Este campo externo interactuaría con el campo del dipolo, suspendiendo el dipolo. Fue en este campo circundante donde se movió el plasma. El plasma se forma alrededor del dipolo y dentro de la cámara. El plasma se forma calentando un gas a baja presión. El gas se calienta usando una radiofrecuencia , esencialmente calentando el plasma en un microondas en un campo de 17 kilovatios.
Los diagnósticos
La máquina fue monitoreada usando diagnósticos bastante estándar para todos los de fusión. Estos incluyeron:
- Un bucle de flujo . Este es un bucle de alambre. El campo magnético pasa a través del bucle de alambre. A medida que el campo variaba dentro del bucle, generaba una corriente. Esto se midió y a partir de la señal se midió el flujo magnético.
- Un detector de rayos X. Este diagnóstico midió los rayos X emitidos. A partir de esto, se encontró la temperatura de los plasmas. Había cuatro de estos dentro de la máquina, cada uno midiendo a lo largo de un cable (o línea) dentro de la máquina. Este detector era bueno para medir electrones, normalmente alrededor de 100 electronvoltios. Todo el plasma pierde energía al emitir luz. Esto cubre todo el espectro: visible, IR, UV y rayos X. Esto ocurre cada vez que una partícula cambia de velocidad , por cualquier motivo. Si la razón es la deflexión por un campo magnético, la radiación es radiación ciclotrónica a bajas velocidades y radiación sincrotrón a altas velocidades. Si la razón es la desviación de otra partícula, el plasma irradia rayos X, conocidos como radiación de Bremsstrahlung .
- Una cámara de rayos X. Esto puede leer rayos X de menor energía.
- Una cámara de video convencional
- Una sonda Langmuir emisiva . Una sonda de Langmuir es un cable, pegado a un plasma, que absorbe las partículas cargadas circundantes. Puede variar el voltaje en este cable. A medida que cambia el voltaje, las partículas cargadas absorbidas cambian, formando una curva IV . Esto se puede leer y usar para medir la densidad y temperatura del plasma cercano.
- Una sonda de triple Langmuir
- Una docena de sondas Langmuir agrupadas
Comportamiento
Las partículas individuales salen como un sacacorchos a lo largo de las líneas de campo, fluyendo alrededor del electroimán dipolo. Esto conduce a una encapsulación gigante del electroimán. A medida que el material pasa por el centro, la densidad aumenta. Esto se debe a que una gran cantidad de plasma está intentando pasar a través de un área limitada. Aquí es donde ocurren la mayoría de las reacciones de fusión. Este comportamiento se ha denominado pellizco turbulento.
En grandes cantidades, el plasma formó dos capas alrededor del dipolo: una capa de baja densidad, que ocupa un gran volumen y una capa de alta densidad, más cerca del dipolo. Esto se muestra aquí. El plasma quedó bastante bien atrapado. Dio un número beta máximo de 0.26. Un valor de 1 es ideal.
Modos de operacion
Se observaron dos modos de funcionamiento:
- Intercambio de electrones calientes: una densidad más baja, principalmente plasma de electrones.
- Un modo magnetohidrodinámico más convencional
Estos habían sido propuestos por Nicholas Krall en la década de 1960.
Supresión de tritio
En el caso de la fusión de deuterio (el combustible de fusión más barato y sencillo), la geometría del LDX tiene una ventaja única sobre otros conceptos. La fusión de deuterio produce dos productos, que ocurren con casi la misma probabilidad:
En esta máquina, el tritio secundario podría eliminarse parcialmente, una propiedad única del dipolo. Otra opción de combustible es el tritio y el deuterio. Esta reacción se puede realizar a temperaturas y presiones más bajas. Pero tiene varios inconvenientes. Primero, el tritio es mucho más caro que el deuterio. Esto se debe a que el tritio es poco común. Tiene una vida media corta, lo que dificulta su producción y almacenamiento. También se considera un material peligroso, por lo que su uso es una molestia desde una perspectiva de salud, seguridad y medio ambiente. Finalmente, el tritio y el deuterio producen neutrones rápidos, lo que significa que cualquier reactor que lo queme requeriría un blindaje pesado.