Tokamak de ignición compacta

El Tokamak de Ignición Compacta (CIT) fue un experimento de física de plasmas que fue diseñado pero no construido. Fue diseñado por un equipo interinstitucional en los EE. UU. liderado por el Laboratorio de Física de Plasmas de Princeton . El experimento fue diseñado para lograr una reacción de fusión termonuclear autosostenida ( ignición ) en un tokamak con el mínimo presupuesto posible. ^{[ 1 ]}

El CIT iba a ser el experimento sucesor del Reactor de Prueba de Fusión Tokamak (TFTR). Mientras que el TFTR se diseñó para lograr Q>1 (mayor potencia de fusión producida por el plasma que la inyectada en él), el CIT se diseñó para lograr la ignición, definida aquí como Q>10 (la potencia de fusión producida es más de diez veces la potencia de calentamiento). El diseño del CIT comenzó en 1986, momento en el que se esperaba que la construcción comenzara en 1988 y finalizara en 1993. El coste estimado de construcción era de 285 millones de dólares de 1986. ^{[ 1 ]}

A medida que avanzaba el desarrollo, el diseño del tokamak aumentó en tamaño, campo magnético y potencia de calentamiento. ^{[ 2 ]} En algún momento a principios de la década de 1990, el DOE canceló el proyecto y apoyó en su lugar el diseño del Experimento de Física del Tokamak (TPX), que tampoco llegó a construirse.

Se estudiaron extensiones adicionales del enfoque compacto de alto campo de CIT en proyectos de diseño nacionales estadounidenses posteriores para dos dispositivos propuestos: el Experimento de Plasma Ardiente (BPX) y el Experimento de Investigación de Ignición por Fusión (FIRE). ^{[ 3 ] [ 4 ]} La reunión de planificación de la comunidad nacional de fusión de Snowmass 2002 concluyó: "IGNITOR, FIRE e ITER permitirían estudios de la física del plasma ardiente , avanzarían en la tecnología de fusión y contribuirían al desarrollo de la energía de fusión... Hay confianza en que ITER y FIRE lograrán un rendimiento de plasma ardiente en modo H basado en una extensa base de datos experimental...". ^{[ 5 ]}

El objetivo del CIT era producir un plasma encendido, que se define como Q>10, y/o la capacidad de apagar el calentamiento auxiliar y que la energía de fusión mantuviera la reacción. ^{[ 6 ]} Además, fue diseñado para lograr esto con el mínimo presupuesto posible. ^{[ 1 ]}

El diseño resultante siguió una ruta trazada por el diseño IGNITOR anterior , un diseño compacto de alto campo. ^{[ 7 ]} Para minimizar el costo, era un dispositivo compacto (físicamente pequeño). Para lograr las condiciones de ignición en un dispositivo compacto, se requería un campo magnético muy alto, 10,4 (luego 11) teslas. Esto estaba más allá de las capacidades de campo crítico de los superconductores de la época, lo que hizo necesario que las bobinas de campo toroidal se construyeran de cobre enfriado con nitrógeno líquido .

El objetivo de estudiar la física y la ingeniería de un plasma encendido con el mínimo coste posible implicaba aceptar un diseño que no se podía escalar directamente a un reactor (dada la tecnología disponible en ese momento). Debido a que las bobinas de campo toroidal de cobre se calentarían rápidamente por efecto óhmico , el experimento sería pulsado, logrando la ignición solo durante 3-5 segundos, ^{[ 6 ] [ 7 ]} con minutos u horas de enfriamiento entre pulsos. (Los avances más recientes en superconductores de alto campo han llevado a una reconsideración del enfoque de alto campo pulsado, como el dispositivo SPARC que está desarrollando Commonwealth Fusion Systems). Además, debido a las tensiones repetitivas de los materiales inherentes a un sistema de alto campo pulsado, el crecimiento de grietas limitó la vida útil total de los pulsos de máxima potencia a 3000. ^{[ 6 ]}