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Puesta en marcha del laboratorio de encapsulado de impurezas para dispositivos de fusión y primeros experimentos en LHD en Japón

 

03/03/2021

Fusión nuclear

Esferas submilimétricas hechas a mano pueden mostrar el camino para rastrear cómo las impurezas no deseadas migran a través de los plasmas de fusión. Experimentos de inyección de esferas fabricadas en CIEMAT, se han realizado con éxito en el dispositivo japonés LHD lo que ha supuesto un reto en la colaboración internacional en tiempos de COVID.

Investigadores del Laboratorio Nacional de Fusión, junto a los institutos de fusión NIFS en Japón e IPP-Greifswald en Alemania han unido fuerzas para poner en marcha experimentos únicos acerca de los mecanismos de difusión de las impurezas indeseadas en los plasmas de distintos dispositivos de fusión. Al introducir diminutas esferas de poliestireno cargadas con impurezas en el centro del plasma se espera conocer los mecanismos que explican la migración de estos elementos dentro del plasma y poder así actuar para reducir su incidencia en el confinamiento y rendimiento de las máquinas de fusión.

Originalmente, los TESPEL o esferas encapsuladas con trazadores de impurezas fueron producidas por NIFS para su uso en su stellarator LHD en Toki, Japón. En los últimos años, los investigadores de NIFS han transferido sus conocimientos al Laboratorio Nacional de Fusión para su uso en dispositivos europeos como el TJ-II en Madrid y W7-X en Greifswald, Alemania. Diez de estas esferas de 0,7 mm fabricadas en Madrid se han inyectado con éxito en LHD el pasado 10 de febrero; cada una contenía microgramos de impurezas como titanio, hierro, níquel, cobre y tungsteno, suficientes para constituir un pequeño porcentaje de la masa del plasma total y para estudiar su difusión en la zona más caliente del plasma.

En el stellarator Wendelstein 7-X en Greifswald, el investigador de fusión René Bussiahn ha colaborado en la producción de TESPELs en CIEMAT y sus exitosas pruebas en NIFS. "Durante la última campaña W7-X, las inyecciones de TESPEL han demostrado ser una forma muy fiable de depositar impurezas justo donde las queremos: en lo profundo del plasma central. Son una excelente herramienta para estudiar la migración y acumulación de estas impurezas".

  

"Hacer estas esferas requiere mano firme", explica Kieran McCarthy, del CIEMAT. Cuando el investigador de NIFS Naoki Tamura se puso en contacto con CIEMAT para instalar un inyector TESPEL en TJ-II, McCarthy tomó el reto con entusiasmo. O herramientas de relojero, para ser más precisos: "Todo se hace a mano bajo un microscopio", dice McCarthy: "desde formar las bolas de poliestireno en un molde de medio milímetro de ancho, hasta perforar una cavidad interna con un taladro micrométrico, empaquetando el polvo de impureza cuidadosamente y sellando el gránulo con una tapa de 0,3 mm".

Los investigadores de NIFS, CIEMAT e IPP creen que la inyección exitosa de TESPEL fabricados en CIEMAT en LHD es un paso crucial para reforzar esta colaboración intercontinental en tiempos de COVID-19. Como siguiente paso lógico, CIEMAT se centrará en la producción del stellarator alemán W7-X, el mayor experimento de fusión de su tipo.

Para la próxima campaña W7-X, se prevé inyectar de 100 a 200 TESPEL. En el futuro, los diminutos gránulos trazadores producidos tanto en CIEMAT como en NIFS podrán exportarse a otros experimentos de fusión de todo el mundo, ayudando a resolver la gran pregunta de cómo migran las impurezas a través de los plasmas de fusión.


Fotografías:

Fotografía 2. Un TESPEL de tamaño submilimétrico utilizado para inyectar trazas de impurezas (oro en esta foto) en el stellarator LHD en NIFS, Japón. Crédito: NIFS.

Fotografía 3. Proceso de producción de TESPEL en Ciemat. De izquierda a derecha: esfera de poliestireno de 0,7 mm lista para ser perforada, esfera de poliestireno perforada con titanio en su interior, y TESPEL con tapa listo tapo para su uso.

Fotografía 4. Experimentos en LHD de inyección de TESPELs producidos en Ciemat (10 de febrero 2021 seguidos en directo desde CIEMAT y IPP-Greifswald).

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