Experimento del dipolo levitado

Este experimento requirió un electroimán flotante especial, que creó el singular campo magnético en forma de "taza de inodoro". El campo magnético estaba compuesto originalmente por tres bobinas. Cada bobina contenía un cable Rutherford de niobio-estaño de 19 hebras (común en imanes superconductores de baja temperatura). Estos se enrollaban dentro de una estructura de inconel , creando un imán con forma de rosquilla gigante. La rosquilla se cargaba por inducción . Una vez cargada, generaba un campo magnético durante aproximadamente 8 horas. En total, el anillo pesaba 560 kilogramos ^{[ 11 ]} y levitaba a 1,6 metros sobre un anillo superconductor. ^{[ 12 ]} El anillo producía un campo máximo de 5,7 T. ^{[ 13 ]} Este superconductor estaba encapsulado en un criostato de helio líquido, que mantenía el electroimán por debajo de 10 kelvin . ^{[ 13 ]} Este diseño es similar al experimento del dipolo D20 en Berkeley y al experimento RT-1 en la Universidad de Tokio. ^{[ 14 ]}

El dipolo estaba suspendido dentro de una cámara de vacío con forma de calabaza aplastada, de aproximadamente 5,2 metros de diámetro y ~3 metros de altura. ^{[ 15 ]} En la base de la cámara había una bobina de carga. Esta bobina se utiliza para cargar el dipolo por inducción . A continuación, el dipolo se eleva al centro de la cámara mediante un sistema de lanzamiento que recorre el orificio del imán dipolar. Un imán de cobre fijado en la parte superior de la cámara producía un campo magnético que atraía al imán dipolar flotante. Este campo externo interactuaba con el campo del dipolo, manteniéndolo suspendido. El campo magnético producido por el imán dipolar flotante se utiliza para confinar el plasma. El plasma se forma alrededor del dipolo y dentro de la cámara. El plasma se forma calentando un gas a baja presión mediante radiofrecuencia , esencialmente sometiendo el plasma a microondas en un campo de ~15 kilovatios. ^{[ 16 ]}

La máquina fue monitoreada utilizando diagnósticos bastante estándar para todos los sistemas de fusión. Estos incluyeron:

1. Un bucle de flujo magnético . Se trata de un bucle de alambre. El campo magnético pasa a través del bucle. Al variar el campo dentro del bucle, se genera una corriente. Esta corriente se mide y, a partir de la señal, se determina el flujo magnético.
2. Un detector de rayos X. ^{[ 17 ]} Este diagnóstico medía los rayos X emitidos. A partir de esto, se encontraba la temperatura del plasma. Había cuatro de estos dentro de la máquina, cada uno midiendo a lo largo de un cable (o línea de salida) dentro de la máquina. ^{[ 17 ]} Este detector era bueno para medir electrones, típicamente alrededor de 100 electronvoltios. Todo plasma pierde energía emitiendo luz. Esto cubre todo el espectro: visible, IR, UV y rayos X. Esto ocurre cada vez que una partícula cambia de velocidad , por cualquier razón. ^{[ 18 ]} Si la razón es la desviación por un campo magnético, la radiación es radiación ciclotrónica a bajas velocidades y radiación sincrotrónica a altas velocidades. Si la razón es la desviación por otra partícula, el plasma irradia rayos X, conocidos como radiación de frenado .
3. Una cámara de rayos X. ^{[ 19 ]} Esta puede leer rayos X de menor energía.
4. Una cámara de video convencional ^{[ 19 ]}
5. Una sonda de Langmuir emisiva . Una sonda de Langmuir es un cable insertado en un plasma que absorbe las partículas cargadas circundantes. Se puede variar el voltaje aplicado a este cable. A medida que cambia el voltaje, las partículas cargadas absorbidas también cambian, generando una curva I-V . Esta curva se puede leer y utilizar para medir la densidad y la temperatura del plasma cercano.
6. Una sonda de Langmuir triple ^{[ 19 ]}
7. Una docena de sondas Langmuir agrupadas ^{[ 19 ]}

Se observaron dos modos de operación: ^{[ 21 ]}

1. Intercambio de electrones calientes: un plasma de menor densidad, compuesto principalmente de electrones, que se produce cuando el dipolo funciona en modo "sostenido" (no levitado).
2. Un modo magnetohidrodinámico más convencional.

Estas habían sido propuestas por Nicholas Krall en la década de 1960. ^{[ 22 ]}

En el caso de la fusión de deuterio (el combustible de fusión más barato y sencillo), la geometría del LDX tiene una ventaja única sobre otros conceptos. La fusión de deuterio produce dos productos que ocurren con una probabilidad casi igual:

${\displaystyle {\ce {D + D -> T + ^1H}}}$

${\displaystyle {\ce {D + D -> ^3He + n}}}$

En esta máquina, el tritio secundario podría eliminarse parcialmente, una propiedad única del dipolo. ^{[ 23 ]} Otra opción de combustible es el tritio y el deuterio. Esta reacción puede realizarse a temperaturas y presiones más bajas. Pero tiene varios inconvenientes. Primero, el tritio es mucho más caro que el deuterio. Esto se debe a que el tritio es escaso. Tiene una vida media corta, lo que dificulta su producción y almacenamiento. También se considera un material peligroso, lo que aumenta las dificultades con su almacenamiento y manipulación. Finalmente, el tritio y el deuterio producen neutrones rápidos, lo que significa que cualquier reactor que los queme requeriría un blindaje contra la radiación pesado para sus imanes. Como el imán dipolar flotante no puede tener servicios (como refrigeración) conectados desde el mundo exterior, esto hace que la gestión térmica del imán flotante sea mucho más difícil en una máquina DT.