Conformación de plasma

Los plasmas de fusión confinados magnéticamente, como los generados en tokamaks y estelaradores, se caracterizan por una forma típica. El modelado del plasma consiste en el estudio de su forma en estos dispositivos, y es particularmente importante para los dispositivos de fusión de próxima generación, como ITER . Esta forma condiciona en parte el rendimiento del plasma. Los tokamaks, en particular, son dispositivos axisimétricos , por lo que la forma del plasma se puede definir completamente mediante su sección transversal .

Los primeros diseños de reactores de fusión solían tener secciones transversales circulares, simplemente porque eran fáciles de diseñar y comprender. Generalmente, las máquinas de fusión con una configuración toroidal, como el tokamak y la mayoría de los estelaradores , disponen sus campos magnéticos de manera que los iones y electrones del plasma se desplacen alrededor del toroide a altas velocidades. Sin embargo, dado que la circunferencia de una trayectoria en la parte exterior del área de plasma es mayor que la de una en la parte interior, esto provocó diversos efectos que alteraron la estabilidad del plasma.

Durante la década de 1960 se emplearon diversos métodos para intentar solucionar estos problemas. Generalmente, se utilizaba una combinación de varios campos magnéticos para generar un campo magnético neto en el interior del dispositivo que se retorciera formando una hélice. Los iones y electrones que seguían estas líneas se desplazaban hacia el interior y luego hacia el exterior del plasma, mezclándolo y suprimiendo algunas de las inestabilidades más evidentes.

En la década de 1980, nuevas investigaciones en esta línea demostraron que era posible lograr mayores avances utilizando bobinas externas conductoras de corriente para hacer que las líneas no solo fueran helicoidales, sino también asimétricas. Esto condujo a una serie de experimentos utilizando volúmenes de plasma en forma de C y D.

Al aumentar la corriente en una (o más) bobinas de conformación a un nivel suficientemente alto, se pueden crear uno (o más) "puntos X". Un punto X se define como un punto en el espacio donde el campo poloidal tiene magnitud cero. La superficie de flujo magnético que interseca con el punto X se denomina separatriz y, dado que todas las superficies de flujo externas a esta superficie no están confinadas, la separatriz define la última superficie de flujo cerrada (LCFS). Anteriormente, la LCFS se establecía insertando un limitador de material en el plasma, que fijaba la temperatura y el potencial del plasma (entre otras magnitudes) para que fueran iguales a los del limitador. El plasma que escapaba de la LCFS lo hacía sin una dirección preferencial, lo que podía dañar los instrumentos. Al establecer un punto X y una separatriz, el borde del plasma se desacopla de las paredes del recipiente y el calor residual y las partículas de plasma se desvían preferentemente hacia una región conocida del recipiente cerca del punto X.

En el caso simple de un plasma con simetría arriba-abajo, la sección transversal del plasma se define utilizando una combinación de cuatro parámetros:

• la elongación del plasma ,${\displaystyle \kappa ={b \over a}}$, dónde${\displaystyle a}$es el radio menor del plasma, y${\displaystyle b}$es la altura del plasma medida desde el plano ecuatorial ,
• la triangularidad del plasma ,${\displaystyle \delta }$, definido como la distancia horizontal entre el radio mayor del plasma${\displaystyle R}$y el punto X,
• el ángulo entre la horizontal y la última superficie de flujo cerrada del plasma (LCFS) en el lado de campo bajo,
• el ángulo entre la horizontal y la última superficie de flujo cerrada (LCFS) del plasma en el lado de alto campo.

En general (sin simetría arriba-abajo), puede haber una triangularidad superior y una triangularidad inferior. ^{[ 1 ]}

Los tokamaks pueden tener triangularidad negativa. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

• Triangularidad - con diagrama y fuente
• Elipticidad - con diagrama y fuente