Trisops

Trisops ( acrónimo de Reactor Termonuclear en Apoyo del Proyecto Sherwood ) fue una máquina experimental para el estudio del confinamiento magnético de plasmas con el objetivo final de producir energía de fusión . Su configuración era una variación de un toroide compacto , una estructura toroidal ( en forma de rosquilla ) de plasma y campos magnéticos sin bobinas electromagnéticas ni electrodos que penetraran en el centro. En su forma original, perdió financiación en 1978.

La configuración se obtiene combinando dos toroides individuales generados por dos cañones de pinza cónicos θ, ubicados en los extremos de un tubo de Pyrex con un campo magnético guía constante . Las corrientes toroidales en los toroides fluyen en direcciones opuestas, por lo que se repelen entre sí. Tras alcanzar el equilibrio, se comprimen adiabáticamente al aumentar el campo externo.

Los vórtices de plasma libres de fuerzas presentan una helicidad magnética uniforme y, por lo tanto, son estables frente a numerosas inestabilidades. Normalmente, la corriente decae más rápidamente en las regiones más frías hasta que el gradiente de helicidad es lo suficientemente grande como para permitir una redistribución turbulenta de la corriente.

Los vórtices libres de fuerza siguen estas ecuaciones:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\vec {\nabla }}\times {\vec {B}}=\alpha {\vec {B}}\\{\vec {v}}=\pm \beta {\vec {B}}\end{aligned}}}$

La primera ecuación describe un fluido libre de fuerza de Lorentz :${\displaystyle {\vec {j}}\times {\vec {B}}}$Las fuerzas son cero en todas partes. Para un plasma de laboratorio, α es una constante y β es una función escalar de las coordenadas espaciales.

Las superficies de flujo magnético son toroidales, con una corriente totalmente toroidal en el núcleo del toroide y totalmente poloidal en su superficie. Esto es similar a la configuración de campo de un tokamak , con la diferencia de que las bobinas generadoras de campo son más simples y no penetran en el toroide de plasma.

A diferencia de la mayoría de las estructuras de plasma, la fuerza de Lorentz y la fuerza de Magnus ,${\displaystyle \rho {\vec {\nabla }}\times {\vec {v}}}$, desempeñan roles equivalentes.${\displaystyle \rho }$es la densidad de masa.

El Dr. Daniel Wells, mientras trabajaba en el Stellarator en el Laboratorio de Física de Plasmas de Princeton en la década de 1960, concibió la idea de colisionar y luego comprimir toroides de plasma estables y libres de fuerzas para producir las condiciones necesarias para la fusión termonuclear. Bautizó el concepto como el Proyecto Sherwood . Posteriormente, se trasladó a la Universidad de Miami, donde instaló la máquina Trisops, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias y Florida Power and Light .

El proyecto continuó hasta 1978, cuando la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) suspendió la subvención y el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) no retomó el apoyo.

La cuarta y última versión de la máquina Trisops constaba de bobinas de espejo de CC que generaban un campo guía de 0,5 T , dos cañones de pinza θ cónicos que producían dos vórtices de plasma que giraban en sentido contrario dentro de una cámara de vacío de Pyrex. Los vórtices se aproximaban, colisionaban, se repelían y finalmente se detenían. En ese momento, las bobinas de compresión generaban un campo de 3,5 T con un tiempo de subida de un cuarto de ciclo de 10 μs.   

Los anillos comprimidos mantuvieron su estructura durante 5  μs, con una densidad de 2 × 10¹⁷ ^cm⁻³ , una temperatura iónica de 5 keV y una temperatura electrónica de 300 eV. ^La  falta de financiación impidió realizar más mediciones para resolver la discrepancia entre las cifras anteriores y el tiempo de equilibrio de la temperatura electrón-ión del plasma de 1 μs.   

El proyecto perdió financiación en 1978. La máquina fue desmontada y permaneció en la Universidad de Miami hasta 1997. Luego, la máquina fue trasladada a Lanham, Maryland , y reensamblada para el proyecto CMTX (véase la referencia). A partir de 2024Se desconoce el estado del proyecto y de la máquina.

• Wells, DR; Davidson, J.; Phadke, LG; Hirschberg, JG; Ziajka, PE; Tunstall, J. (1978-07-17). "Producción de plasma de alta temperatura y alta densidad mediante compresión de anillo de vórtice". Physical Review Letters . 41 (3). American Physical Society (APS): 166– 170. Bibcode : 1978PhRvL..41..166W . doi : 10.1103/physrevlett.41.166 . ISSN 0031-9007 . 
• Proyecto CMTX , noviembre de 1997