Simulación de plasma y diseño de sistemas para operación y diagnóstico en el Tokamak Esférico MEDUSA-CR

Abstract

Este proyecto simuló escenarios de confinamiento y calentamiento del plasma (ECRH y RF-Alfvén) que buscan aumentar el parámetro beta en un tokamak esférico de baja razón de aspecto como MEDUSA-CR. Así como diseñar sistemas para operación y diagnóstico en este dispositivo. Es conocido que las configuraciones magnéticas para el confinamiento del plasma con una sección transversal en forma de frijol mediante un limitador Ergódico y los escenarios de calentamiento (ECH y RF-Alfvén) incrementan el parámetro beta en un tokamak esférico de baja razón de aspecto como MEDUSA-CR (Ribeiro et al., 2014). El parámetro beta se define como el cociente de la presión cinética y la presión magnética en el plasma conociéndose que su incremento favorece las condiciones para que se alcancen procesos de fusión nuclear y por tanto volviéndose un área de mucho interés para dispositivos de tipo Tokamak. Por otro lado, el limitador Ergódico es un sistema compuesto por bobinas externas para producir perturbaciones magnéticas resonantes altamente localizadas en el borde del plasma con el fin de controlar las interacciones plasma-pared. Los resultados preliminares de equilibrio MHD con forma del plasma de frijol utilizando limitador Ergódico en MEDUSA-CR (Ribeiro et al., 2014) y comparados con la geometría en forma de “D” muestran como el parámetro beta aumenta en un 17% debido a efectos geométricos puros. El calentamiento del plasma por ondas Alfvén y la corriente conducida en plasmas confinados magnéticamente corresponde a una conversión de ondas rápidas a ondas cinéticas Alfvén que llevan a una subsecuente deposición mediante combinación de efectos cinéticos y colisiónales siendo de mucho interés para dispositivos Tokamaks debido a que son baratos y especialmente importantes en Tokamaks esféricos que cuentan con un reducido espacio en el solenoide central para inducir corrientes en el plasma que lo calienten. Ante esto se vuelve un método de calentamiento de plasma complementario. En este proyecto proponemos un experimento único como prueba de principio utilizando antenas RF para inducir ondas de Alfvén en un Tokamak esférico. Las simulaciones de las interacciones del plasma con las ondas electromagnéticas RF y ECRH permiten explorar en este dispositivo escenarios de calentamiento optimizado que también son del interés de la comunidad científica debido a que la alta temperatura es un requisito indispensable para procesos de fusión. Por último, el diseño de sistemas como el calentamiento del plasma ECRH, el control rápido y los diagnósticos magnéticos permitirán preparar el camino para la explotación experimental de MEDUSA-CR en el TEC, ampliando de esta manera el aporte científico de este dispositivo a la comunidad científica internacional de fusión.