Polywell

Un fusor de Farnsworth-Hirsch consta de dos jaulas de alambre, una dentro de la otra, a menudo denominadas rejillas, que se colocan dentro de una cámara de vacío . La jaula exterior tiene un voltaje positivo con respecto a la jaula interior. Se inyecta un combustible, generalmente gas deuterio , en esta cámara. Se calienta por encima de su temperatura de ionización , generando iones positivos . Estos iones, al ser positivos, se mueven hacia la jaula interior, que tiene un voltaje negativo. Aquellos que no alcanzan los alambres de la jaula interior atraviesan el centro del dispositivo a gran velocidad y pueden salir por el otro lado. A medida que los iones se mueven hacia afuera, una fuerza de Coulomb los impulsa de vuelta hacia el centro. Con el tiempo, se puede formar un núcleo de gas ionizado dentro de la jaula interior. Los iones pasan de un lado a otro a través del núcleo hasta que chocan con la rejilla o con otro núcleo. La mayoría de los choques con núcleos no producen fusión. Los choques con la rejilla pueden elevar su temperatura y erosionarla. Estos impactos conducen masa y energía lejos del plasma, además de desprender iones metálicos hacia el gas, lo que lo enfría.

En los fusores, el pozo de potencial se crea con una jaula de alambre. Debido a que la mayoría de los iones y electrones caen sobre la jaula, los fusores sufren altas pérdidas por conducción . Por lo tanto, ningún fusor se ha acercado al punto de equilibrio energético.

El sistema Polywell intenta contener un plasma diamagnético , un material que rechaza los campos magnéticos externos creados por los electroimanes.

• La mayor parte del plasma en la mayoría de los reactores de fusión (como los espejos magnéticos , los tokamaks y los estelaradores ) se considera magnetizado . Un plasma magnetizado se produce cuando el campo externo es tan intenso que lo penetra y lo controla por completo, de modo que el comportamiento del material queda dominado por dicho campo.
• Algunos plasmas de fusión están automagnetizados (como las configuraciones de campo invertido o Dynomaks ), todas las cuales pueden crear sus propios campos magnéticos débiles mediante la formación de bucles de corrientes de plasma y otras estructuras.

Tanto el Polywell como el reactor de fusión de alto beta presuponen que el campo autogenerado del plasma es tan fuerte que rechazará el campo externo. Bussard más tarde denominó a este tipo de confinamiento " Wiffle-Ball" . Esta analogía se utilizó para describir el atrapamiento de electrones dentro del campo. Las canicas pueden quedar atrapadas dentro de una pelota de Wiffle , una esfera hueca y perforada; si se colocan canicas dentro, pueden rodar y a veces escapar a través de los agujeros de la esfera. La topología magnética de un Polywell de alto beta actúa de manera similar con los electrones. En junio de 2014, EMC2 publicó una preimpresión ^{[ 3 ]} que proporcionaba (1) mediciones de rayos X y (2) mediciones de bucles de flujo que demostraban que el efecto diamagnético impactaría en el campo externo.

Esta figura muestra el desarrollo del concepto de confinamiento propuesto de "pelota de wiffle". Se muestran tres filas de figuras: el campo magnético, el movimiento de los electrones y la densidad del plasma dentro del pozo de polímero. (A) El campo es la superposición de seis anillos en una caja. En el centro hay un punto nulo, una zona sin campo magnético. ^{[ 4 ]} El plasma está magnetizado , lo que significa que el plasma y el campo magnético se mezclan. (B) A medida que se inyecta plasma, la densidad aumenta. (C) A medida que aumenta la densidad del plasma, este se vuelve más diamagnético , lo que provoca que rechace el campo magnético externo. A medida que el plasma presiona hacia afuera, la densidad del campo magnético circundante aumenta. Esto intensifica el movimiento en espiral de las partículas fuera del centro. Se forma un límite agudo. ^{[ 3 ]} Se predice que se formará una corriente ^{[ 5 ] [ 6 ]} en este límite. (D) Si las presiones encuentran el equilibrio en un beta de uno, esto determina la forma de la nube de plasma. (E) En el centro, no hay campo magnético de los anillos. Esto significa que su movimiento dentro del radio libre del campo debe ser relativamente recto o balístico. ^{[ 4 ]}

Según Bussard, la tasa típica de fuga de cúspide es tal que un electrón realiza de 5 a 8 pasadas antes de escapar a través de una cúspide en una cúspide bicónica de confinamiento de espejo estándar; de 10 a 60 pasadas en un pozo de polietileno bajo confinamiento de espejo (beta baja), que él denominó confinamiento de cúspide; y varios miles de pasadas en confinamiento de pelota de plástico (beta alta). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

En febrero de 2013, Lockheed Martin Skunk Works anunció una nueva máquina de fusión compacta, el reactor de fusión de beta alta , ^{[ 9 ] [ 10 ]} que puede estar relacionado con la cúspide bicónica y el pozo poligonal, y que funciona a β  =  1.

El efecto espejo magnético predomina en diseños de beta baja. Tanto los iones como los electrones se reflejan desde campos de alta a baja densidad. Esto se conoce como efecto espejo magnético. ^{[ 11 ]} Los anillos del pozo de polímero están dispuestos de manera que los campos más densos se encuentran en el exterior, atrapando los electrones en el centro. Esto puede atrapar partículas a valores de beta bajos.

En condiciones de beta alta, la máquina puede operar con confinamiento de cúspide. ^{[ 12 ]} Esto es una mejora con respecto al espejo magnético más simple. ^{[ 13 ]} El MaGrid tiene seis cúspides puntuales, cada una ubicada en el medio de un anillo; y dos cúspides lineales altamente modificadas, que unen las ocho cúspides de esquina ubicadas en los vértices del cubo. La clave es que estas dos cúspides lineales son mucho más estrechas que la única cúspide lineal en las máquinas de espejo magnético, por lo que las pérdidas netas son menores. Las pérdidas de las dos cúspides lineales son similares o menores que las de las seis cúspides puntuales centradas en la cara. ^{[ 14 ]} En 1955, Harold Grad teorizó que una presión de plasma de beta alta combinada con un campo magnético de cúspide mejoraría el confinamiento del plasma. ^{[ 5 ]} Un plasma diamagnético rechaza los campos externos y tapa las cúspides. Este sistema sería una trampa mucho mejor.

El confinamiento en cúspide se exploró teóricamente ^{[ 6 ]} y experimentalmente ^{[ 15 ]} . Sin embargo, la mayoría de los experimentos con confinamiento en cúspide fracasaron y desaparecieron de los programas nacionales hacia 1980.

Los campos magnéticos ejercen presión sobre el plasma. Beta es la relación entre la presión del plasma y la intensidad del campo magnético. Se puede definir por separado para electrones e iones. El pozo de potencial se centra únicamente en el beta de los electrones, mientras que el beta de los iones es de mayor interés en los Tokamak y otras máquinas de plasma neutro. Ambos difieren en una proporción muy grande debido a la enorme diferencia de masa entre un electrón y cualquier ion. Normalmente, en otros dispositivos se desprecia el beta de los electrones, ya que el beta de los iones determina parámetros de plasma más importantes. Este es un punto de confusión significativo para los científicos más familiarizados con la física de plasma de fusión más "convencional".

Nótese que para el beta electrónico, solo se utilizan la densidad numérica de electrones y la temperatura, ya que ambas, pero especialmente esta última, pueden variar significativamente con respecto a los parámetros iónicos en la misma ubicación. ^{[ 16 ]}

$${\displaystyle \beta _{e}={\frac {p}{p_{mag}}}={\frac {n_{e}k_{B}T_{e}}{(B^{2}/2\mu _{0})}}}$$

La mayoría de los experimentos en polígonos involucran regímenes de plasma de beta baja (donde β < 1), ^{[ 17 ]} donde la presión del plasma es débil en comparación con la presión magnética . Varios modelos describen el atrapamiento magnético en polígonos. Las pruebas indicaron que el confinamiento del plasma se ve mejorado en una configuración de cúspide magnética cuando β (presión del plasma/presión del campo magnético) es del orden de la unidad. Esta mejora es necesaria para que un reactor de fusión basado en el confinamiento de cúspide sea factible. ^{[ 18 ]}

Cuando un electrón entra en un campo magnético, experimenta una fuerza de Lorentz y gira en espiral. El radio de este movimiento es el radio de giro . A medida que se mueve, pierde energía en forma de rayos X cada vez que cambia de velocidad. El electrón gira más rápido y con mayor precisión en campos más densos, al entrar en el MaGrid. Dentro del MaGrid, los electrones individuales viajan directamente a través del punto nulo, debido a su radio de giro infinito en regiones sin campo magnético. Luego, se dirigen hacia los bordes del campo del MaGrid y giran en espiral con mayor precisión a lo largo de las líneas de campo magnético más densas. ^{[ 17 ] [ 26 ]} Este es el movimiento típico de resonancia ciclotrónica de electrones . Su radio de giro se reduce y, cuando chocan con un campo magnético denso, pueden reflejarse utilizando el efecto de espejo magnético. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} Se ha medido el atrapamiento de electrones en polígonos con sondas de Langmuir . ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 4 ]}

El pozo de polímero intenta confinar los iones y electrones mediante dos métodos diferentes, tomados de los fusores y los espejos magnéticos . Los electrones son más fáciles de confinar magnéticamente porque tienen mucha menos masa que los iones. ^{[ 30 ]} La máquina confina los iones usando un campo eléctrico de la misma manera que un fusor los confina: en el pozo de polímero, los iones son atraídos por la nube de electrones negativos en el centro. En el fusor, son atraídos por una jaula de alambre negativa en el centro.

La recirculación del plasma mejoraría significativamente el funcionamiento de estas máquinas. Se ha argumentado que una recirculación eficiente es la única forma de que sean viables. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Los electrones o iones se mueven a través del dispositivo sin chocar con una superficie, lo que reduce las pérdidas por conducción . Bussard hizo hincapié en esto, destacando específicamente que los electrones deben moverse a través de todas las cúspides de la máquina. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

A partir de 2015No se había determinado de forma concluyente cuál es la distribución de energía de iones o electrones. La distribución de energía del plasma se puede medir utilizando una sonda de Langmuir . Esta sonda absorbe carga del plasma a medida que cambia su voltaje, generando una curva I-V . ^{[ 36 ]} A partir de esta señal, se puede calcular la distribución de energía. La distribución de energía está impulsada y es impulsada por varias tasas físicas, ^{[ 31 ]} la tasa de pérdida de electrones e iones, la tasa de pérdida de energía por radiación , la tasa de fusión y la tasa de colisiones sin fusión. La tasa de colisión puede variar considerablemente en todo el sistema:

• En el borde: donde los iones son lentos y los electrones son rápidos.
• En el centro: donde los iones son rápidos y los electrones son lentos.

Los críticos afirmaron que tanto las poblaciones de electrones como de iones tienen una distribución en forma de campana ; ^{[ 31 ]} que el plasma está termalizado . La justificación dada es que cuanto más tiempo se mueven los electrones e iones dentro del pozo de plasma, más interacciones experimentan, lo que conduce a la termalización. Este modelo para ^{[ 31 ]} la distribución de iones se muestra en la Figura 5.

Los partidarios modelaron un plasma no térmico . ^{[ 33 ]} La justificación es la gran cantidad de dispersión en el centro del dispositivo. ^{[ 37 ]} Sin un campo magnético, los electrones se dispersan en esta región. Afirmaron que esta dispersión conduce a una distribución monoenergética, como la que se muestra en la Figura 6. Este argumento está respaldado por simulaciones bidimensionales de partículas en celda. ^{[ 37 ]} Bussard argumentó que la inyección constante de electrones tendría el mismo efecto. ^{[ 20 ]} Dicha distribución ayudaría a mantener un voltaje negativo en el centro, mejorando el rendimiento. ^{[ 20 ]}

La fusión nuclear se refiere a las reacciones nucleares que combinan núcleos más ligeros para formar núcleos más pesados. Todos los elementos químicos pueden fusionarse; en el caso de elementos con menos protones que el hierro, este proceso transforma la masa en energía que potencialmente puede capturarse para generar energía de fusión .

La probabilidad de que ocurra una reacción de fusión está controlada por la sección transversal del combustible, ^{[ 38 ]} que a su vez es función de su temperatura. Los núcleos más fáciles de fusionar son el deuterio y el tritio . Su fusión ocurre cuando los iones alcanzan 4 keV ( kiloelectronvoltios ), o aproximadamente 45 millones de kelvin . El Polywell lograría esto acelerando un ion con una carga de 1 a través de un campo eléctrico de 4000 voltios. El alto costo, la corta vida media y la radiactividad del tritio hacen que sea difícil trabajar con él.

La segunda reacción más sencilla es la fusión del deuterio consigo mismo. Debido a su bajo coste, el deuterio es comúnmente utilizado por aficionados a la fusión nuclear. Los experimentos de Bussard en el Polywell se realizaron con este combustible. La fusión de deuterio o tritio produce un neutrón rápido y, por lo tanto, genera residuos radiactivos. Bussard optó por fusionar el boro-11 con protones; esta reacción es aneutrónica (no produce neutrones). Una ventaja del p- ^11B como combustible de fusión es que la salida primaria del reactor serían partículas alfa energéticas, que pueden convertirse directamente en electricidad con alta eficiencia mediante la conversión directa de energía . La conversión directa ha alcanzado una eficiencia energética del 48% ^{[ 39 ]} frente a una eficiencia teórica del 80-90%. ^{[ 11 ]}

La energía generada por fusión dentro de una nube de plasma caliente se puede encontrar con la siguiente ecuación: ^{[ 40 ]}

$${\displaystyle P_{\text{fusión}}=n_{A}n_{B}\langle \sigma v_{A,B}\rangle E_{\text{fusión}}}$$

dónde:

• ${\displaystyle P_{\text{fusión}}}$es la densidad de potencia de fusión (energía por tiempo por volumen),
• n es la densidad numérica de la especie A o B (partículas por volumen),
• ${\displaystyle \langle \sigma v_{A,B}\rangle }$es el producto de la sección transversal de colisión σ (que depende de la velocidad relativa) y la velocidad relativa de las dos especies v , promediada sobre todas las velocidades de las partículas en el sistema.

La energía varía con la temperatura, la densidad, la velocidad de colisión y el combustible. Para lograr una producción neta de energía, las reacciones deben ocurrir con la suficiente rapidez para compensar las pérdidas de energía. Las nubes de plasma pierden energía por conducción y radiación . ^{[ 40 ]} La conducción ocurre cuando iones , electrones o partículas neutras tocan una superficie y escapan. La energía se pierde con la partícula. La radiación ocurre cuando la energía escapa en forma de luz. La radiación aumenta con la temperatura. Para obtener energía neta de la fusión, estas pérdidas deben superarse. Esto conduce a una ecuación para la potencia de salida:

• Potencia neta – potencia de salida
• Eficiencia: fracción de la energía necesaria para accionar el dispositivo y convertirla en electricidad.
• Fusión: energía generada por las reacciones de fusión.
• Radiación: energía que se pierde en forma de luz, al salir del plasma.
• Conducción: energía que se pierde a medida que la masa abandona el plasma.

Lawson utilizó esta ecuación para estimar las condiciones de potencia neta ^{[ 40 ]} basándose en una nube maxwelliana . ^{[ 40 ]}

Sin embargo, el criterio de Lawson no se aplica a los Polywells si la conjetura de Bussard de que el plasma es no térmico es correcta. Lawson afirmó en su informe fundacional: ^{[ 40 ]} «Por supuesto, es fácil postular sistemas en los que la distribución de velocidad de la partícula no sea maxwelliana. Estos sistemas quedan fuera del alcance de este informe». También descartó la posibilidad de que un plasma no térmico se encienda: «No se puede obtener ninguna ventaja al utilizar un sistema en el que los electrones estén a una temperatura inferior [a la de los iones]. La pérdida de energía en dicho sistema por transferencia a los electrones siempre será mayor que la energía que irradiarían los electrones si estuvieran a la misma temperatura».

Todd Rider (ingeniero biológico y antiguo estudiante de física de plasmas) ^{[ 41 ]} calculó que las pérdidas por radiación de rayos X con este combustible superarían la producción de energía de fusión en al menos un 20 %. El modelo de Rider utilizó las siguientes suposiciones: ^{[ 31 ] [ 32 ]}

• El plasma era cuasineutral . Por lo tanto, los positivos y los negativos se mezclaron por igual. ^{[ 31 ]}
• El combustible se mezcló uniformemente en todo el volumen. ^{[ 31 ]}
• El plasma era isotrópico, lo que significa que su comportamiento era el mismo en cualquier dirección dada. ^{[ 31 ]}
• El plasma tenía una energía y temperatura uniformes en toda la nube. ^{[ 31 ]}
• El plasma era una esfera gaussiana no estructurada, con un núcleo fuertemente convergente que representaba una pequeña parte (~1%) del volumen total. ^{[ 31 ]} Nevins cuestionó esta suposición, afirmando que las partículas acumularían momento angular , lo que provocaría la degradación del núcleo denso. ^{[ 42 ]} La pérdida de densidad dentro del núcleo reduciría las tasas de fusión.
• El pozo potencial era amplio y plano. ^{[ 31 ]}

Basándose en estas suposiciones, Rider utilizó ecuaciones generales ^{[ 43 ]} para estimar las tasas de diferentes efectos físicos. Estos incluían la pérdida de iones por dispersión ascendente, la tasa de termalización de iones, la pérdida de energía debida a la radiación de rayos X y la tasa de fusión. ^{[ 31 ]} Sus conclusiones fueron que el dispositivo adolecía de "fallas fundamentales". ^{[ 31 ]}

Por el contrario, Bussard argumentó ^{[ 8 ]} que el plasma tenía una estructura, distribución de temperatura y perfil de pozo diferentes. Estas características no se han medido completamente y son fundamentales para la viabilidad del dispositivo. Los cálculos de Bussard indicaron que las pérdidas por bremsstrahlung serían mucho menores. ^{[ 44 ] [ 45 ]} Según Bussard, la alta velocidad y por lo tanto la baja sección transversal para colisiones de Coulomb de los iones en el núcleo hace que las colisiones termalizantes sean muy improbables, mientras que la baja velocidad en el borde significa que la termalización allí casi no tiene impacto en la velocidad de los iones en el núcleo. ^{[ 46 ] [ 47 ]} Bussard calculó que un reactor de pozo poligonal con un radio de 1,5 metros produciría potencia neta fusionando deuterio . ^{[ 48 ]}

Otros estudios refutaron algunas de las suposiciones hechas por Rider y Nevins, argumentando que la tasa de fusión real y la potencia de recirculación asociada (necesaria para superar el efecto termalizante y mantener el perfil iónico no maxwelliano) solo podían estimarse con un tratamiento colisional autoconsistente de la función de distribución iónica, ausente en el trabajo de Rider. ^{[ 49 ]}

Se ha propuesto que la energía se puede extraer de los pozos de polielectrolitos mediante captura de calor o, en el caso de fusión aneutrónica como D- ^3He o p - ^11B , conversión directa de energía , aunque este esquema presenta desafíos. Las partículas alfa energéticas (hasta unos pocos MeV) generadas por la reacción de fusión aneutrónica saldrían del MaGrid a través de las seis cúspides axiales como conos (haces de iones dispersos). Los colectores de conversión directa dentro de la cámara de vacío convertirían la energía cinética de las partículas alfa en una corriente continua de alto voltaje . Las partículas alfa deben desacelerarse antes de entrar en contacto con las placas colectoras para lograr una alta eficiencia de conversión. ^{[ 50 ]} En experimentos, la conversión directa ha demostrado una eficiencia de conversión del 48%. ^{[ 51 ]}

La investigación fue financiada primero por la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa a partir de 1987 y luego por DARPA . ^{[ 22 ] : 32:30} Esta financiación dio como resultado una máquina conocida como el experimento de fuente de energía de alta energía (HEPS). Fue construida por Directed Technologies Inc. ^{[ 55 ]} Esta máquina era grande (1,9  m de diámetro), con los anillos fuera de la cámara de vacío. ^{[ 22 ] : 32:33} Esta máquina tuvo un rendimiento deficiente porque los campos magnéticos enviaban electrones hacia las paredes, aumentando las pérdidas por conducción. Estas pérdidas se atribuyeron a una mala inyección de electrones. ^{[ 55 ]} La Marina de los EE. UU. comenzó a proporcionar financiación de bajo nivel al proyecto en 1992. ^{[ 56 ]} Krall publicó los resultados en 1994. ^{[ 55 ]}

Bussard, quien había sido defensor de la investigación con tokamaks , pasó a promover este concepto, de modo que la idea quedó asociada a su nombre. En 1995, envió una carta al Congreso de los Estados Unidos afirmando que solo había apoyado los tokamaks para conseguir financiación gubernamental para la investigación de la fusión nuclear, pero que ahora creía que existían mejores alternativas.

Bussard fundó Energy Matter Conversion Corporation, Inc. (EMC2) en 1985. ^{[ 22 ] [ 14 ]} Después de que terminó el programa HEPS, la empresa continuó su investigación. Se fabricaron máquinas sucesivas, evolucionando de WB-1 a WB-8. La empresa ganó una subvención SBIR I ( Small Business Innovation Research ) en 1992–93 y una subvención SBIR II en 1994–95, ambas de la Armada de los Estados Unidos . ^{[ 54 ]} En 1993, recibió una subvención del Electric Power Research Institute . ^{[ 54 ]} En 1994, la empresa recibió pequeñas subvenciones de la NASA y del Laboratorio Nacional de Los Alamos (LANL). ^{[ 54 ]} A partir de 1999, la empresa fue financiada principalmente por la Armada de los Estados Unidos. ^{[ 54 ]}

WB-1 tenía seis imanes convencionales en un cubo de 10  cm de lado. ^{[ 54 ]} WB-2 usaba bobinas de alambres para generar el campo magnético. Cada electroimán tenía una sección transversal cuadrada que creaba problemas. Los campos magnéticos impulsaban los electrones hacia los anillos de metal, aumentando las pérdidas por conducción y el atrapamiento de electrones. Este diseño también sufría de pérdidas de "cúspide extraña" en las uniones entre los imanes. WB-6 intentó abordar estos problemas, usando anillos circulares y espaciándolos más. ^{[ 22 ]} El siguiente dispositivo, PXL-1, construido en 1996–1997, usaba anillos más planos de 26  cm de lado para generar el campo. ^{[ 54 ]} De 1998 a 2005, la compañía construyó una sucesión de seis máquinas: WB-3, MPG-1,2, WB-4, PZLx-1, MPG-4 y WB-5. Todos estos reactores eran diseños de seis imanes construidos como un cubo o cubo truncado . Su radio oscilaba entre 3 y 40  cm. ^{[ 54 ]}

Las dificultades iniciales en el confinamiento esférico de electrones llevaron a la terminación del proyecto de investigación en 2005. Sin embargo, Bussard informó una tasa de fusión de 10⁹ ^por segundo ejecutando reacciones de fusión DD a solo 12,5 kV (basado en la detección de nueve neutrones en cinco pruebas, ^{[ 8 ] [ 57 ]} dando un amplio intervalo de confianza ). Afirmó que la tasa de fusión alcanzada por WB-6 era aproximadamente 100 000 veces mayor que la que Farnsworth logró a profundidad de pozo y condiciones de impulsión similares. ^{[ 58 ] [ 59 ]} En comparación, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison informaron una tasa de neutrones de hasta 5 000 millones por segundo a voltajes de 120 kV de un fusor electrostático sin campos magnéticos. ^{[ 60 ]}

Bussard afirmó, mediante el uso de bobinas superconductoras , que el único canal significativo de pérdida de energía se produce a través de pérdidas de electrones proporcionales al área superficial. También declaró que la densidad escalaría con el cuadrado del campo ( condiciones beta constante ) y que el campo magnético máximo alcanzable escalaría con el radio. En esas condiciones, la potencia de fusión producida escalaría con la séptima potencia del radio y la ganancia de energía escalaría con la quinta potencia. Si bien Bussard no documentó públicamente el razonamiento subyacente a esta estimación, ^{[ 61 ]} de ser cierta, permitiría que un modelo solo diez veces mayor fuera útil como planta de energía de fusión. ^{[ 8 ]}

Mark Suppes built a polywell in Brooklyn. He was the first amateur to detect electron trapping using a Langmuir probe inside a polywell. He presented at the 2012 LIFT conference and the 2012 WIRED conference.^[104] The project officially ended in July 2013 due to a lack of funding.^[105]

The University of Sydney in Australia conducted polywell experiments, leading to five papers in Physics of Plasmas.^{[17][26][30][106][107]} They also published two PhD theses^[4][108] and presented their work at IEC Fusion conferences.^[109][110]

A May 2010 paper discussed a small device's ability to capture electrons. The paper posited that the machine had an ideal magnetic field strength that maximized its ability to catch electrons. The paper analyzed polywell magnetic confinement using analytical solutions and simulations. The work linked the polywell magnetic confinement to magnetic mirror theory.^{[27][111][112]} The 2011 work used Particle-in-cell simulations to model particle motion in polywells with a small electron population. Electrons behaved in a similar manner to particles in the biconic cusp.^[28]

A 2013 paper measured a negative voltage inside a 4-inch aluminum polywell.^[30] Tests included measuring an internal beam of electrons, comparing the machine with and without a magnetic field, measuring the voltage at different locations and comparing voltage changes to the magnetic and electric field strength.^[30]

A 2015 paper entitled "Fusion in a magnetically-shielded-grid inertial electrostatic confinement device" presented a theory for a gridded inertial electrostatic confinement (IEC) fusion system that shows a net energy gain is possible if the grid is magnetically shielded from ion impact. The analysis indicated that better than break-even performance is possible even in a deuterium-deuterium system at bench-top scales. The proposed device had the unusual property that it can avoid both the cusp losses of traditional magnetic fusion systems and the grid losses of traditional IEC configurations.^[113]

In November 2012, Trend News Agency reported that the Atomic Energy Organization of Iran had allocated "$8 million"^[114] to inertial electrostatic confinement research and about half had been spent. The funded group published a paper in the Journal of Fusion Energy, stating that particle-in-cell simulations of a polywell had been conducted. The study suggested that well depths and ion focus control can be achieved by variations of field strength, and referenced older research with traditional fusors. The group had run a fusor in continuous mode at −140 kV and 70 mA of current, with D-D fuel, producing 2×10⁷ neutrons per second.^[115]

Researchers performed Vlasov–Poisson, particle-in-cell simulation work on the polywell. This was funded through the National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship and was presented at the 2013 American Physical Society conference.^[116]

Convergent Scientific, Inc. (CSI) es una empresa estadounidense fundada en diciembre de 2010 y con sede en Huntington Beach, California. ^{[ 117 ]} Probaron su primer diseño de polywell, el Modelo 1, en operaciones de estado estacionario desde enero hasta finales del verano de 2012. El MaGrid estaba hecho de un alambre hueco único en forma de diamante, en el que fluía una corriente eléctrica y un refrigerante líquido. ^{[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]} Están haciendo un esfuerzo para construir un polywell de pequeña escala que fusione deuterio . ^{[ 121 ] [ 122 ]} La empresa presentó varias patentes ^{[ 123 ] [ 124 ] [ 125 ]} y en el otoño de 2013, hizo una serie de presentaciones a inversores en línea. ^{[ 126 ]} Las presentaciones mencionan el encuentro con inestabilidades de plasma incluidas las inestabilidades de Diocotron , de dos corrientes y de Weibel . La empresa quiere fabricar y vender Nitrógeno-13 para tomografías PET . ^{[ 127 ]}

Radiant Matter ^{[ 128 ]} es una organización holandesa que ha construido fusores y tiene planes para construir un pozo de polietileno.

ProtonBoron ^{[ 129 ]} es una organización que planea construir un pozo de polímero de protón-boro.

Progressive Fusion Solutions es una empresa emergente de investigación en fusión perteneciente a la IEC que investiga dispositivos de tipo Fusor y Polywell.

Fusion One Corporation fue una organización estadounidense fundada por el Dr. Paul Sieck (antiguo físico jefe de EMC2), el Dr. Scott Cornish de la Universidad de Sídney y Randall Volberg. Estuvo activa entre 2015 y 2017. Desarrollaron un reactor magneto-electrostático llamado "F1", basado en parte en el polywell. Este reactor introdujo un sistema de bobinas electromagnéticas montadas externamente con superficies repelentes de cátodo montadas internamente para preservar la energía y minimizar las pérdidas de partículas que, de otro modo, se producirían a través de las cúspides magnéticas. En respuesta a las conclusiones de Todd Rider sobre el balance de potencia de 1995, se desarrolló un nuevo modelo analítico basado en esta función de recuperación, así como en un tratamiento relativista cuántico más preciso de las pérdidas por bremsstrahlung, ausente en el análisis de Rider. La versión 1 del modelo analítico fue desarrollada por el físico teórico sénior Dr. Vladimir Mirnov y demostró una ganancia neta considerable con DT y una ganancia suficiente con DD para generar electricidad. Estos resultados preliminares se presentaron en la Reunión Anual de Revisión ARPA-E ALPHA 2017. ^{[ 130 ]} La Fase 2 del modelo eliminó supuestos clave del análisis de Rider al incorporar un tratamiento autoconsistente de la distribución de energía iónica (Rider asumió una distribución puramente maxwelliana) y la potencia requerida para mantener la distribución y la población iónica. Los resultados arrojaron una distribución de energía que era no térmica pero más maxwelliana que monoenergética. Se calculó que la potencia de entrada requerida para mantener la distribución era excesiva y la termalización ión-ión era un canal de pérdida dominante. Con estas adiciones, una vía hacia la generación comercial de electricidad ya no era factible.