Superficie de flujo

En la fusión por confinamiento magnético , una superficie de flujo es una superficie sobre la que se encuentran las líneas de campo magnético. Dado que el campo magnético es libre de divergencia (y los puntos nulos magnéticos son indeseables), el teorema de Poincaré-Hopf implica que dicha superficie debe ser un toroide o un nudo . En el tokamak y el estelarador , las superficies de flujo tienen forma toroidal, mientras que el más exótico knotatron ^{[ 1 ]} tiene una superficie de flujo anudada. Las superficies de flujo se caracterizan típicamente por el flujo magnético poloidal o el flujo magnético toroidal. El flujo poloidal es el flujo magnético que pasa a través de una cinta que va desde el eje magnético (el centro del dispositivo) hasta la superficie de flujo, y el flujo toroidal es el flujo magnético que pasa a través de un círculo que encierra el eje magnético. El flujo total que pasa a través de la superficie de flujo es cero, ya que las líneas de campo magnético son tangentes a la superficie en todos los puntos.

Las superficies de flujo pueden ser racionales o irracionales, dependiendo del comportamiento de las líneas de campo magnético sobre la superficie de flujo. Las superficies racionales tienen líneas de campo magnético periódicas; la línea de campo magnético se cierra sobre sí misma. Por el contrario, las superficies irracionales tienen líneas de campo magnético que no se cierran sobre sí mismas, y una línea de campo magnético traza toda la superficie de flujo (la línea de campo magnético se acerca arbitrariamente a cada punto de la superficie de flujo). Las superficies magnéticas racionales son muy sensibles a las perturbaciones y pueden degenerar en islas magnéticas. ^{[ 2 ] [ 3 ]} No se garantiza la existencia de superficies de flujo; la línea de campo magnético puede llenar un volumen de forma caótica . ^{[ 4 ]} La teoría de las líneas de campo magnético en sistemas toroidales está estrechamente relacionada con la teoría de los sistemas hamiltonianos bidimensionales . ^{[ 5 ]}