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Compact Advanced Tokamak (CAT) es una solución potencialmente económica para la producción de energía de fusión que aprovecha los avances en simulación y tecnología. Crédito: Imagen cortesía de General Atomics. Dibujo de Tokamak modificado de F. Najmabadi et al. ARIES-AT Advanced tokamak, planta de energía de fusión de tecnología avanzada, Fusion Engineering Design, 80, 3-23 (2006).
Las plantas de energía de fusión utilizan campos magnéticos para sostener una bola de gas portador de corriente (llamada plasma). Esto crea un sol en miniatura que genera energía a través de la fusión nuclear. El concepto Compact Advanced Tokamak (CAT) utiliza modelos físicos modernos para mejorar la producción de energía de fusión. Los modelos muestran que al dar forma precisa al plasma y distribuir la corriente en el plasma, los operadores de la planta de fusión pueden suprimir los vórtices turbulentos en el plasma. Estos vórtices pueden provocar pérdida de calor. Esto permitirá a los operadores alcanzar presiones más altas y una menor energía de fusión de corriente. Este avance podría ayudar a lograr un estado en el que el plasma se mantenga y conduzca la mayor parte de su corriente.
En este enfoque de los reactores tokamak, el rendimiento mejorado en una corriente de plasma más baja da como resultado una reducción de las cargas de estrés y calor. Esto alivia algunos de los desafíos de ingeniería y materiales que enfrentan los diseñadores de plantas de fusión. Una presión más alta también aumenta el efecto ya que el movimiento de partículas en el plasma genera naturalmente la corriente requerida. Esto reduce en gran medida la necesidad de costosos sistemas de propulsión de corriente que drenan la salida eléctrica potencial de la planta de fusión. También permite una configuración estática «siempre activa». Este enfoque da como resultado que las plantas experimenten menos estrés durante la operación en comparación con el enfoque habitual de energía de fusión pulsada, lo que permite plantas de energía más pequeñas y menos costosas.
Durante el año pasado, el Comité Asesor de Ciencias de la Energía de Fusión del DOE y las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina emitieron hojas de ruta que exigen el desarrollo agresivo de la energía de fusión en los Estados Unidos. Los investigadores creen que lograr este objetivo requiere desarrollar enfoques más eficientes y económicos para la generación de energía de fusión que los que existen actualmente. El enfoque utilizado para crear el concepto CAT ha desarrollado nuevas simulaciones de reactores que aprovechan los conocimientos más recientes de la física del plasma para mejorar el rendimiento. Los investigadores combinaron las últimas teorías validadas en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D con computación de borde utilizando la supercomputadora Cori en el Centro de Computación Científica para la Investigación Nacional de Energía. Estas simulaciones marcan el camino para un concepto que permite una configuración altamente autosostenida y de alto rendimiento que retiene la energía de manera más eficiente que las configuraciones típicas de impulsos, lo que permite que se construyan a una escala y un costo reducidos.
Referencia: «Vía avanzada de tokamak hacia una planta piloto de electrofusión de red combinada» por RJ Buttery, J.M. Park, J.T. McClenaghan, D. Weisberg, J. Canik, J. Ferron, A. Garofalo y CT Holcomb, y J. Leuer, PB Snyder y el equipo del proyecto Atom, 19 de marzo de 2021. Disponible aquí. fusión nuclear.
DOI: 10.1088 / 1741-4326 / abe4af
Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía, Oficina de Ciencia, Oficina de Ciencia de Energía de Fusión, basado en la Instalación Nacional de Fusión DIII-D, la Instalación de Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE y el Proyecto de Descubrimiento Científico AToM a través del Proyecto de Computación Avanzada.