STELLARATORS

TOKAMAKS and  STELLARATORS

A relatively easy nuclear fission of heavy nuclei (U, Pt), allowed the creation of nuclear power plants and atomic bombs, with certain costs: emitted radiation and waste disposal that caused some serious accidents. Alternatively, after 1950 the first Russians tokamaks, intended to release energy by nuclear fusion of two or more light nuclei (H, He), in toroidal chambers where nuclear collisions at high speeds created a new  nuclei releasing large amounts of energy as photons. A type of energy for peaceful purposes, in which 1 g of matter  generate  energy equivalent to 8 tons of fuel, that produce no accidents, is   clean, safe (does not use U) and because the fuel is not inside the machine…it is just  injected. If the machine stops itself or the electrical power fails, the system automatically cools... nothing happens. An improved power reactor  derived from primitive  tokamaks using the nuclei fusion of H and He, is the : stellarator Wendelstein 7-X(W7-X), built by a branch of the Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), which began 20 years ago and was put into operation on 10 December 2015. The W7-X, comprises a modified toroidal chamber designed to produce clean and unlimited energy. Main differences of WX-7 with  tokamaks are: a- No U or Pt, are used.  therefore W7-X, does not generate radiation b-Both devices have  difficulties  to uniformly compress the H. c-While tokamaks  maintain  the plasma generated by a maximum of 7 minutes, the W7-X,  kept active plasma for 30 or more minutes. d-Tokamaks have  difficulties to start its functioning, having not yet reached the point of balance between the energy of acceleration necessary to confine the plasma and fusion for  some particles, similar problems that  ITER,  try to solve. For nuclei fusion  takes place into the W7-X, it is necessary to maintain temperatures of over 100 million degrees Celsius and enormous forces. Such temperature separates electrons of atoms, generating a plasma comprising electrons and ions permitting them to travel faster, preventing repulsion of each other, allowing fusion. To keep  gases confined, it is used  a series of magnets. An electrical circuit around the toroid generates a strong magnetic field that keeps the plasma away from the walls. To prevent particles from escaping by the ends, the pipes are bent, in such a way that shaping torus or doghnuts, created endless ways. Many problems of  W7-X, have been solved  adding bending or twists to the main pipe, so that  particles travel easily through  ups and downs of magnetic fields. Optimizing a W7-X, means to endow the magnetic field with  the best shape in order to confine the plasma, more efficiently. All W7-X devices, are controlled by computers and lasers. Large temperatures are controlled externally by a cooling system close to absolute zero, which prevents leakage of particles. The W7-X, also has 250 ports for supplying and removing fuel, to heat the plasma and to make diagnostics and real tests. Actually, many researchers try to  determine  the energy confinement time and the frequency at which the plasma loses its energy. Fusion experiments with H isotopes will start on 2016. Although the current diameter of the W7-X is 16 m, all foresee  a reduction (~ 8 m) in the near future.

TOKAMAKS  y  STELLARATORS

La fácil fisión nuclear de núcleos pesados (U, Pt),  permitió la  creación de  bombas atómicas y  centrales nucleares, con ciertos costos: radiación emitida y  eliminación de  deshechos,  causantes de ciertos   accidentes serios. Alternativamente,  a  partir de  1950 se crearon los primeros  tokamaks rusos, destinados a liberar  energía por  la fusión nuclear de 2 o más núcleos ligeros (H, He), en cámaras  toroidales  donde la colisión nuclear  a altas velocidades generaba  un nuevo núcleo liberando  grandes cantidades de  energía en forma de fotones. Un tipo de energía destinado a fines  pacíficos,  en la que  1 g de materia proporción  el  equivalente energético de   8 toneladas de petróleo,  sin accidentes,  limpia, segura (no  emplea U) y porque el combustible no está dentro de la maquina…simplemente se  inyecta. Si la  maquina se detiene de por sí o, deja de funcionar la  corriente eléctrica,  el sistema se enfría automáticamente…no  pasa nada.  Una versión mejorada de  generación de  energía derivada de  primigenios tokamaks,  empleando la fusión de núcleos de He e H, es el reactor nuclear: Wendelstein 7-X stellarator (W7-X), construido por una rama del Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), iniciado  hace 20 años y puesto en funcionamiento el  10 de diciembre del 2015. El W7-X, comprende  una  cámara toroidal  modificada  destinada a producir energía limpia e ilimitada. Las principales diferencias del WX-7 respecto a los tokamaks son :a-No emplea U ni Pt, por lo tanto no genera radiación b- Ambos tienen dificultades para  comprimir uniformemente el H. c-Mientras los tokamaks mantienen el plasma generado por un máximo de 7 minutos,  los W7-X,  lo mantienen por 30 y más minutos. d-Existen dificultades para iniciar un tokamak, no habiéndose  alcanzado aún, el punto de equilibrio entre la energía de  aceleración, la necesaria para confinar el plasma y la  obtenida con la fusión de algunas partículas, problemas similares a los que el mismo  ITER intenta  resolver. Para que la fusión de los núcleos se produzca, al   interior del W7-X,  es necesario mantener temperaturas de más de 100 millones de grados Celsius  y fuerzas enormes. Tal temperatura  separa electrones de  átomos, generando un   plasma compuesto por electrones e iones permitiendo que estos últimos  viajen más rápido,  evitando la repulsión entre sí,  permitiendo  la   fusión. Para mantener contenido al gas,  hay que emplear  una serie de magnetos. Un  circuito de corriente eléctrica alrededor del toroide  genera  un fuerte  campo magnético  que mantiene al plasma lejos de las paredes. Para evitar que las partículas escapen por los extremos,  los tubos son doblados, en forma de  doghnuts o  torus, creando  vías interminables.  Muchos problemas de los W7-X, han sido  resueltos añadiendo dobleces al tubo principal, de modo que las partículas viajen sin dificultad por los altibajos de los  campos magnéticos. Optimizar un W7-X, consiste en, dotar  al campo magnético de las formas más adecuadas para confinar al plasma del modo más eficiente.  Todos los dispositivos del W7-X, están controlados por ordenadores y láseres.  Las grandes temperaturas se controlan  exteriormente por un sistema de enfriamiento cercano al cero absoluto, que imposibilita las filtraciones de partículas. Posee además   250 puertos para suministrar y remover el combustible,  calentar el plasma y hacer diagnósticos y test reales. Se trabaja bastante en determinar el tiempo de confinamiento energético y la frecuencia a la cual el plasma pierde va perdiendo su energía. Los experimentos de  fusión de isotopos de  H empezaran el 2016.  Aunque el diámetro  actual del W7-X es  16 m, todo sugiere una reducción (~ 8 m) del mismo en el futuro cercano.