Tema 9 (bis)

Question 1

Configuración magnética

Answer 1

Contenedor magnético estable y capaz de confinar y aislar térmicamente el plasma.

Question 2

Configuración magnética stellarator.

Answer 2

Requiere corrientes de decenas de kA en las bobinas externas para producir campos magnéticos del orden de varios T.

Question 3

TJ-II Stellarator del Ciemat

Answer 3

• 4 sistemas de bobinas: circular, helicoidal, toroidal (32 bobinas) y vertical.
• Fuente de alimentación de 130 MVA (potencia)
• Fuente de alimentación proporciona energía media por pulso de 100 MJ.
• Corriente en sistema toroidal: 32.5 kA
• Campo magnético generado por sistema toroidal (el mayor de los 4): 1.1 T
• Duración del intervalo magnético estable: hasta 1 s (limitada por la refrigeración)
• Cada de pulsos usual: uno cada 10 min.

Question 4

Cámara de vacío

Answer 4

Los plasmas se generan en el interior de una cámara de vacío estanca para evitar que entren impurezas (las impurezas son un canal de pérdida de energía).

• Cámara bombeada a ultra alto vacío: 10^(-8) mbar
• Los cierres tienen que ser a muy baja tasa de fugas (10^(-9) mbar.l.s^-1)
• Stellarators: material de la cámara con permeabilidad magnética muy baja (< 1.01) para que no perturbe el campo magnético.

Question 5

Tasa de fugas

Answer 5

Entrada de aire desde el exterior.

- Necesario que sea muy pequeña: 10^(-6) mbar.l.s^-1

Question 6

Material de la cámara.

Answer 6

• Baja permeabilidad magnética (< 1.01)

- Acero inoxidable austenítico (tipo AISI 316 LN).

Question 7

Acero inoxidable austenítico.

Answer 7

• Acero inoxidable contiene cromo para no oxidarse.
• Austenítico contiene un mínimo de 16% de cromo y 6% de níquel.
• AISI 316 LN: es un acero al cromo-níquel-molibdeno inoxidable austenítico con la adición de nitrógeno (muy buena resistencia a la corrosión).

Question 8

Montaje de las piezas de la cámara.

Answer 8

• Mediante soldadura TIG para evitar la existencia de volúmenes ocluidos que originen fugas virtuales.
• Cierre de las ventanas mediante cierres metálicos tipo Helicoflex.

Question 9

Limpieza de la cámara de vacío.

Answer 9

• Calentamiento (horneado) de la cámara a temperaturas de 150º a 250ºC para eliminar el agua absorbida por las paredes y reducir la presión base residual.

Question 10

Acondicionamiento de la pared de la cámara (limpieza).

Answer 10

Al comienzo del día de operación: descarga tipo “glow” de helio (Glow Discharge: se bombardea la superficie d ela cámara con iones de plasma formados por la descarga).

Question 11

Recubrimiento de la pared interna de la cámara de vacío.

Answer 11

Se recubren las paredes internas con capas de elementos ligeros como boro o litio.
- Permite obtener una interacción más tolerable del plasma: mayor temperatura del borde del plasma, menores pérdidas de potencia de radiación y un mejor confinamiento.

Question 12

Sistemas de calentamiento del plasma.

Answer 12

Tokamak: calentamiento óhmico (disipación de la potencia asociada a la corriente del plasma). Este calentamiento es insuficiente para alcanzar temperaturas de fusión.

• Para tokamak y stellarator:
• Calentamiento por radiofrecuencia
• Calentamiento por inyección de haz neutro.

Question 13

Calentamiento por radiofrecuencia

Answer 13

Inyección de ondas de radiofrecuencia dentro de la cámara.

• Calentamiento en el rango de frecuencias ciclotrónicas de los iones (ICRH) -> 30-120 MHz. Tokamaks y Stellarators proporcionan potencia de 3 MW.
• Calentamiento a la frecuencia ciclotrónica de los electrones (ECRH) -> 30-170 GHz. Tokamaks y Stellarators proporcionan potencia de 10 MW.

Question 14

Calentamiento por inyección de haz neutro (NBI)

Answer 14

Inyección de haces muy intensos de partículas neutras que penetran el plasma hasta colisionar con las partículas de este.
- Energías de 100 keV y potencias de 20 MW.

Question 15

Calentamiento en el TJ-II.

Answer 15

• Calentamiento ECRH (fase inicial, 53.2 GHz y 600 kW)

. Calentamiento NBI (2ª fase, energía máxima 40 keV y potencia 0.7 MW)