Lista de experimentos de fusión

Los experimentos dirigidos al desarrollo de la energía de fusión se realizan invariablemente con máquinas específicas que pueden clasificarse según los principios que utilizan para confinar el combustible de plasma y mantenerlo caliente.

La división principal es entre confinamiento magnético y confinamiento inercial . En el confinamiento magnético, la tendencia del plasma caliente a expandirse es contrarrestada por la fuerza de Lorentz entre las corrientes en el plasma y los campos magnéticos producidos por bobinas externas. Las densidades de partículas tienden a estar en el rango de10 ¹⁸ a10 ²²  m ⁻³ y las dimensiones lineales en el rango deDe 0,1 a 10  m . Los tiempos de confinamiento de partículas y energía pueden variar desde menos de un milisegundo hasta más de un segundo, pero la configuración en sí se mantiene a menudo mediante el aporte de partículas, energía y corriente durante periodos cientos o miles de veces mayores. Algunos conceptos son capaces de mantener un plasma indefinidamente.

En contraste, con el confinamiento inercial, no hay nada que contrarreste la expansión del plasma. El tiempo de confinamiento es simplemente el tiempo que tarda la presión del plasma en superar la inercia de las partículas, de ahí su nombre. Las densidades tienden a estar en el rango de10 ³¹ a10 ³³  m ⁻³ y el radio del plasma en el rango de 1 a 100 micrómetros. Estas condiciones se obtienen irradiando una pastilla sólida de tamaño milimétrico con un láser de nanosegundos o un pulso de iones. La capa exterior de la pastilla se ablaciona , proporcionando una fuerza de reacción que comprime el 10% central del combustible por un factor de 10 o 20 a 10 ³ o10 ⁴ veces la densidad sólida. Estos microplasmas se dispersan en un tiempo medido en nanosegundos. Para un reactor de fusión nuclear, se necesitará una frecuencia de repetición de varios por segundo.

En el campo de los experimentos de confinamiento magnético , existe una división básica entre topologías de campo magnético toroidales y abiertas . En general, es más fácil confinar un plasma en la dirección perpendicular al campo que en la paralela. El confinamiento paralelo se puede lograr doblando las líneas de campo sobre sí mismas para formar círculos o, más comúnmente, superficies toroidales, o bien constriñendo el haz de líneas de campo en ambos extremos, lo que provoca que algunas partículas se reflejen por el efecto espejo . Las geometrías toroidales se pueden subdividir según si la máquina en sí tiene una geometría toroidal, es decir, un núcleo sólido que atraviesa el centro del plasma. La alternativa es prescindir de un núcleo sólido y utilizar corrientes en el plasma para producir el campo toroidal.

Las máquinas de espejos presentan ventajas gracias a una geometría más simple y un mayor potencial para la conversión directa de la energía de las partículas en electricidad. Generalmente requieren campos magnéticos más intensos que las máquinas toroidales, pero el principal problema ha resultado ser el confinamiento. Para un buen confinamiento, debe haber más partículas moviéndose perpendicularmente al campo que paralelamente. Sin embargo, mantener una distribución de velocidad no maxwelliana de este tipo es muy difícil y energéticamente costoso.

La ventaja de la geometría simple de los espejos se mantiene en las máquinas que producen toroides compactos , pero la ausencia de un conductor central presenta posibles desventajas en cuanto a la estabilidad, y generalmente hay menos posibilidades de controlar (y, por lo tanto, optimizar) la geometría magnética. Los conceptos de toroides compactos suelen estar menos desarrollados que los de máquinas toroidales. Si bien esto no implica necesariamente que no puedan funcionar mejor que los conceptos convencionales, la incertidumbre que conllevan es mucho mayor.

El Z-pinch , con sus líneas de campo circulares, es un concepto bastante singular . Fue uno de los primeros que se intentaron, pero no tuvo mucho éxito. Además, nunca se desarrolló un concepto convincente para convertir la máquina pulsada que requería electrodos en un reactor práctico.

El foco de plasma denso es un dispositivo controvertido y poco convencional que se basa en corrientes dentro del plasma para producir un toroide. Es un dispositivo pulsado que depende de un plasma en desequilibrio y tiene el potencial de convertir directamente la energía de las partículas en electricidad. Se están realizando experimentos para probar teorías relativamente nuevas y determinar si el dispositivo tiene futuro.

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