es.wedoany.com Noticia: Investigadores del Instituto de Tecnologías Láser y de Plasma de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear de Rusia, Instituto de Física de Ingeniería de Moscú (НИЯУ МИФИ), desarrollaron y probaron un dispositivo experimental para medir el campo magnético en un prometedor reactor de fusión: el tokamak esférico. El dispositivo es capaz de identificar en un modelo los dañinos "campos parásitos" que surgen debido a pequeños errores de ensamblaje y que distorsionan la forma del haz de plasma.
Esta investigación recibió financiación de la Fundación Rusa para la Ciencia (proyecto número: 23-72-01037). Los resultados se publicaron en la prestigiosa revista "Boletín del Instituto de Física Lébedev", y una versión divulgativa apareció en el medio tecnológico de alto nivel CNews.
La base de cualquier reactor de fusión es el campo magnético. Actúa como una botella invisible que confina el plasma incandescente, impidiendo que toque las paredes de la cámara de vacío. Cuanto más intenso es el campo magnético, mejor es el confinamiento y mayor es la potencia del dispositivo.
Sin embargo, el diseño tradicional de bobinas presenta defectos: un desplazamiento microscópico del conductor durante el bobinado o una ligera inclinación durante la instalación pueden provocar la aparición de campos parásitos verticales y radiales. Estas distorsiones son el principal enemigo del haz de plasma: causan inestabilidades, "expulsan" partículas de la trampa magnética y, finalmente, provocan la extinción de la reacción de fusión.
Normalmente, se recurre a simulaciones por ordenador. Pero en la realidad, especialmente para la novedosa configuración de solenoide toroidal continuo (con transiciones suaves entre sus devanados internos), surgen muchos problemas sutiles. Estos problemas no pueden predecirse solo con cálculos; es necesario realizar mediciones reales.
Un modelo a escala reducida del futuro reactor
Para investigar este problema, los físicos construyeron un modelo a escala reducida, de un tercio del tamaño del tokamak MEPhIST-1 que se está construyendo en el Instituto de Física de Ingeniería de Moscú. Se trata de un toroide de precisión (en forma de anillo) fabricado con impresión 3D, con ranuras mecanizadas en su superficie por donde se tienden los conductores de cobre. La estructura es desmontable: los investigadores pueden cambiar la configuración, instalar módulos de medición en diferentes secciones transversales poloidales y observar cómo crecen los campos parásitos al variar el ángulo de bobinado.
En este modelo experimental, los investigadores pueden medir el campo magnético en cuatro puntos diferentes a lo largo de la circunferencia del toroide y extraer el cartucho de sensores de la sección φ=0 sin necesidad de desmontar toda la estructura. Esto ofrece una flexibilidad de la que carecen los colegas que trabajan con dispositivos a escala real.
Placas de circuito inteligentes en lugar de instrumentos voluminosos
Para medir el campo magnético, los científicos diseñaron una placa de circuito impreso especializada. La placa integra una matriz de 36 sensores Hall digitales de tres componentes (4 en horizontal, 9 en vertical) y un microcontrolador independiente. El sistema es autosuficiente: puede leer sincrónicamente los datos de todos los sensores a una frecuencia de 1000 veces por segundo y registrar los datos en una memoria interna.
El principal desafío de ingeniería que resolvieron los investigadores del Instituto de Física de Ingeniería de Moscú fue cómo distinguir las diminutas componentes parásitas en presencia del enorme campo toroidal (campo magnético principal). Es como intentar oír el zumbido de un mosquito en un concierto de rock.
La sensibilidad de cada sensor es superior a 0,3 militeslas. Con una corriente de 180 amperios, los campos parásitos son casi invisibles: quedan ahogados en el ruido. Pero cuando los experimentadores aumentaron la corriente a 1200 amperios, la situación se aclaró. La principal componente parásita es el campo vertical, lo que concuerda con la teoría.
Resultado: la teoría necesita correcciones
El experimento demostró que, aunque la forma del campo toroidal principal coincide en gran medida con el modelo informático, la relación entre el campo parásito y el campo principal es varias veces superior a la predicha. Esto significa que incluso un diseño aparentemente perfecto se enfrenta a los desafíos de la realidad: los cables de conexión, las distorsiones microscópicas de las bobinas y la inclinación de los sensores influyen.
El Instituto de Física de Ingeniería de Moscú señala: "La parte más interesante comienza ahora. Los científicos no solo han obtenido una herramienta de calibración, sino un instrumento capaz de 'sentir' el campo magnético en cada punto. Descubrir discrepancias con los cálculos no es un fracaso, sino datos valiosos. Ahora, los físicos saben dónde se esconden los factores no considerados y pueden ajustar en consecuencia el diseño de los futuros reactores".
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