Fusión inercial con revestimiento magnetizado

La fusión inercial con revestimiento magnetizado ( MagLIF ) es un experimento de fusión por confinamiento inercial en curso que se lleva a cabo en la Instalación de Potencia Pulsada Z ( máquina Z ) de los Laboratorios Nacionales Sandia en Nuevo México, Estados Unidos . Es un ejemplo del enfoque más amplio de fusión magneto-inercial , que busca comprimir un plasma precalentado . El objetivo es producir condiciones de fusión sin el nivel de compresión necesario en el enfoque de fusión por confinamiento inercial (ICF), donde las densidades requeridas alcanzan aproximadamente 100 veces la del plomo.

El término MagLIF también puede utilizarse de forma más amplia para referirse a máquinas que utilizan el mismo principio de funcionamiento que la máquina Z. Esto incluye el banco de pruebas primario (PTS) en Mianyang, China. ^{[ 1 ]}

MagLIF es un método para generar energía mediante la compresión magnética de un cilindro de combustible de fusión (como el deuterio). Primero, se aplica un campo magnético axial de 10 a 20 teslas al combustible. Luego, un láser de varios kilojulios atraviesa el combustible, precalentándolo a varios millones de grados Celsius y convirtiéndolo en plasma . Finalmente, se aplica un pulso de corriente eléctrica de 100 nanosegundos axialmente a través del revestimiento metálico que rodea el combustible. Esta corriente induce un intenso campo magnético de compresión Z que aplasta el revestimiento y el combustible.

La compresión ejerce presión sobre el combustible, calentándolo a decenas de millones de grados Celsius. Normalmente, los electrones del plasma escaparían libremente, y los iones en menor medida, transportando energía y enfriando el plasma. La compresión también amplifica el campo magnético axial a miles de teslas, proporcionando confinamiento magnético al plasma implosionado y atrapando el combustible y su calor. Idealmente, el plasma alcanza una temperatura y densidad lo suficientemente altas como para experimentar la fusión nuclear , liberando energía. ^{[ 2 ]}

MagLIF presenta características tanto de fusión por confinamiento inercial (debido al uso de un láser y compresión pulsada) como de fusión por confinamiento magnético (debido al uso de un potente campo magnético para inhibir la conducción térmica y contener el plasma), lo que la convierte en un ejemplo de fusión magneto-inercial .

En los resultados publicados en 2012, una simulación por ordenador utilizando el código LASNEX demostró que una instalación de 70  megaamperios proporcionaría un rendimiento energético 1000 veces superior a la energía consumida, y una  instalación de 60 megaamperios produciría un rendimiento 100 veces superior a la energía consumida.

Los Laboratorios Nacionales Sandia están explorando actualmente el potencial de este método para generar energía utilizando la máquina Z. La máquina Z es capaz de generar 27  megaamperios y podría producir un poco más de energía de equilibrio, al tiempo que ayuda a validar las simulaciones por computadora. ^{[ 3 ]} La máquina Z realizó experimentos MagLIF en noviembre de 2013 con vistas a realizar experimentos de equilibrio utilizando combustible D-T en 2018. ^{[ 4 ]}

Sandia Labs planeaba proceder a los experimentos de ignición después de establecer lo siguiente: ^{[ 5 ]}

1. Que el revestimiento no se rompa demasiado rápido bajo la intensa energía. Esto ha sido aparentemente confirmado por experimentos recientes. Este obstáculo fue la mayor preocupación con respecto a MagLIF tras su propuesta inicial.
2. Que el precalentamiento láser sea capaz de calentar correctamente el combustible , algo que se confirmará mediante experimentos que comenzarán en diciembre de 2012.
3. Que los campos magnéticos generados por un par de bobinas situadas encima y debajo del hohlraum pueden servir para atrapar el combustible de fusión precalentado e, importantemente, inhibir la conducción térmica sin provocar que el objetivo se deforme prematuramente , será confirmado mediante experimentos que comenzarán en diciembre de 2012.

Tras estos experimentos, en noviembre de 2013 se inició una prueba integrada. Dicha prueba generó aproximadamente 100 mil millones de neutrones de alta energía.

En noviembre de 2013, las instalaciones de los laboratorios Sandia contaban con las siguientes capacidades: ^{[ 4 ] [ 6 ]}

1. campo magnético de 10 teslas
2. láser de 2 kilojulios
3. 16 megaamperios
4. combustible D-D

En 2014, la prueba arrojó hasta2 × 10 ¹² neutrones D–D bajo las siguientes condiciones: ^{[ 7 ]}

1. campo magnético de 10 teslas
2. láser de 2,5 kilojulios
3. 19 megaamperios
4. combustible D-D

Se esperaba que en 2018 se realizaran experimentos destinados a alcanzar el punto de equilibrio energético con combustible DT. ^{[ 8 ]} Para lograr el punto de equilibrio científico, la instalación está siendo sometida a una actualización de 5 años para:

1. 30 teslas
2. láser de 8 kilojulios
3. 27 megaamperios
4. Manejo de combustible D-T ^{[ 4 ]}

En 2019, después de encontrar problemas significativos relacionados con la mezcla de lámina implosionante con combustible e inestabilidad helicoidal del plasma, ^{[ 9 ]} las pruebas produjeron hasta 3,2 billones de neutrones bajo las siguientes condiciones: ^{[ 10 ]}

1. láser de 1,2 kilojulios
2. 18 megaamperios

En 2020, "la temperatura iónica promedio de la combustión se duplicó a 3,1  keV y el rendimiento de neutrones primarios de deuterio-deuterio aumentó en más de un orden de magnitud a1,1 × 10 ¹³ (equivalente a 2  kilojulios de deuterio-tritio) mediante un aumento simultáneo del campo magnético aplicado (de 10,4 a 15,9  teslas), la energía de precalentamiento del láser (de 0,46 a 1,2  kilojulios) y el acoplamiento de corriente (de 16 a 20  megaamperios)." ^{[ 11 ]}

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