ES3010232T3 - Plasma confinement device and method for plasma confinement - Google Patents

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ES3010232T3
ES3010232T3 ES20803566T ES20803566T ES3010232T3 ES 3010232 T3 ES3010232 T3 ES 3010232T3 ES 20803566 T ES20803566 T ES 20803566T ES 20803566 T ES20803566 T ES 20803566T ES 3010232 T3 ES3010232 T3 ES 3010232T3
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Jan Jäderberg
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Abstract

Un dispositivo de confinamiento de plasma (500), comprende un primer sistema magnético (1) que comprende una primera pluralidad de bobinas de bucle circular (11, 12) dispuestas concéntricamente, que comprende una primera bobina (11) dispuesta para transportar una corriente en una primera dirección; y una segunda bobina (12) dispuesta para transportar una corriente en una segunda dirección opuesta a la primera dirección; y un segundo sistema magnético (2) que comprende una segunda pluralidad de bobinas de bucle circular (21, 22) dispuestas concéntricamente, dispuestas con simetría especular con respecto al primer sistema magnético (1) en relación con un plano de simetría (P) ubicado entre el primer sistema magnético (1) y el segundo sistema magnético (2), creando un área de confinamiento de plasma anular (206) en el plano de simetría (P) con un campo magnético normal al plano de simetría (P) en el plano de simetría (P). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de confinamiento de plasma y método para el confinamiento de plasma
Campo de la tecnología
La presente divulgación se refiere a un dispositivo de confinamiento de plasma y a un método para el confinamiento de plasma.
Antecedentes
Se están haciendo grandes esfuerzos para diseñar un reactor de fusión controlada en la Tierra. El proceso de fusión más prometedor se produce entre los isótopos de hidrógeno deuterio (2H) y tritio (3H). En las prensas de fusión de deuterio y tritio se crean una partícula alfa 4He, con una energía cinética de aproximadamente 5,6 * 10 13 J (3,5 MeV), y un neutrón, con una energía cinética de aproximadamente 2,25 * 10-12 J (14,1 MeV).
Para que se produzca la fusión, los núcleos deben estar en forma de plasma con una temperatura del orden de aproximadamente 1,5 * 108 °C (150 millones de kelvin). Proporcionar confinamiento para un plasma de este tipo sigue siendo un reto importante.
Existen varias configuraciones magnéticas conocidas para el confinamiento del plasma.
El confinamiento del plasma consiste en confinar las partículas cargadas del plasma. Es más, pueden ser deseables diversas propiedades beneficiosas para la estabilidad del plasma confinado.
Un diseño bien conocido es el espejo magnético, como, por ejemplo, el divulgado en el documento US 2014/301517 A1. En él, las partículas siguen las líneas del campo magnético y se reflejan en zonas de densidad de flujo magnético creciente en los extremos respectivos del dispositivo. Aunque es capaz de confinar plasma, como se ha demostrado experimentalmente, se asocia a diversos problemas de inestabilidad del plasma. Para resolver estos problemas, en la materia anterior se han propuesto diversas geometrías contorneadas no rotacionalmente simétricas, tal como el diseño "Mínimo B", parecido a una pelota de tenis, o la "Cúspide Bicónica". Otro diseño muy conocido es el tokamak. El tokamak utiliza un campo toroidal, es decir, en forma de rosca, para el confinamiento. El tokamak también está asociado a diversos problemas de estabilidad del plasma, tal como la separación de cargas.
Sumario
Es un objeto de la presente divulgación proporcionar un dispositivo y un método de confinamiento de plasma mejorado, en particular, para su uso en reactores de fusión.
Para este fin, de acuerdo con un primer aspecto, se proporciona un dispositivo de confinamiento de plasma, que comprende un primer sistema magnético, que comprende una primera pluralidad de bobinas de bucle circular dispuestas concéntricamente, que comprende una primera bobina dispuesta para transportar una corriente en un primer sentido, y una segunda bobina dispuesta para transportar una corriente en un segundo sentido opuesto al primero; y un segundo sistema magnético que comprende una segunda pluralidad de bobinas de bucle circular dispuestas concéntricamente, dispuesto con simetría especular con respecto al primer sistema magnético en relación con un plano de simetría situado entre el primer sistema magnético y el segundo sistema magnético, estando dispuestos dicho primer sistema magnético y dicho segundo sistema magnético de forma que crean una zona de confinamiento del plasma anular en el plano de simetría con un campo magnético normal al plano de simetría en el plano de simetría.
Como zona de confinamiento del plasma anular debe entenderse una región rotacionalmente simétrica en la que se confinan las partículas cargadas del plasma, incluidos casos que tengan, por ejemplo, una topología en forma de rosca o de disco.
Por tanto, la configuración del campo magnético resultante puede confinar partículas cargadas utilizando campos estáticos axiales y radiales en una configuración de espejo magnético de líneas campo abiertas.
La disposición de la primera bobina dispuesta para transportar una corriente en un primer sentido y la segunda bobina dispuesta para transportar una corriente en un segundo sentido opuesto, en cada uno del primer sistema magnético y del segundo sistema magnético, permite la creación de una región de alta densidad de flujo magnético entre la primera bobina y la segunda bobina, mientras se mantiene una densidad de flujo relativamente más baja cerca del plano de simetría. En comparación con una disposición de espejos magnéticos convencional, esto permite aumentar la relación especular, reduciendo así el tamaño del cono de pérdida y permitiendo un mejor confinamiento del plasma.
Además, en comparación con un tokamak, cuando se confina un plasma, pueden evitarse los efectos de separación de cargas, donde puede no ser necesaria una corriente de plasma inducida para la estabilidad del plasma. Con el plasma cuasiestático resultante, es decir, sin una corriente de plasma global, se pueden evitar a su vez las inestabilidades magnetohidrodinámicas. Es más, se puede permitir que un reactor de fusión funcione en un estado continuo (estacionario) sin variación de la corriente.
Es más, la configuración del campo magnético resultante puede permitir una forma sencilla de calentar el plasma.
La primera pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente puede, por ejemplo, tener un diseño idéntico al de la segunda pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente. Se trata de una forma especialmente sencilla de conseguir la configuración de campo magnético deseada.
El dispositivo puede comprender además un tercer sistema magnético dispuesto radialmente fuera de la zona de confinamiento del plasma, comprendiendo el tercer sistema magnético al menos una bobina de bucle circular.
Por tanto, es posible disponer un campo magnético estrictamente creciente de forma radial, lo que puede ser beneficioso para la estabilidad del plasma confinado, mejorando aún más un espejo magnético convencional.
Es más, la disposición con un tercer sistema magnético puede permitir disponer un campo magnético cóncavo en toda la zona de confinamiento del plasma, lo que puede ser beneficioso para la estabilidad del plasma confinado.
Por lo tanto, se puede proporcionar un dispositivo de confinamiento de plasma de líneas de campo abiertas rotacionalmente simétrico que tiene una alta relación especular y tiene propiedades beneficiosas para la estabilidad del plasma.
Además, el tercer sistema magnético puede permitir controlar un plasma confinado mediante el ajuste de la corriente en la bobina de bucle circular del tercer sistema magnético.
El tercer sistema magnético puede comprender una primera bobina dispuesta en un mismo lado del plano de simetría en el primer sistema magnético y una segunda bobina dispuesta en un lado opuesto del plano de simetría, en donde la segunda bobina está dispuesta con simetría especular respecto a la primera bobina.
La primera pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente en el primer sistema magnético y la segunda pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente en el segundo sistema magnético pueden estar incluidas en estructuras ferromagnéticas respectivas. Esto aumenta el flujo magnético a través de la permeabilidad relativamente más elevada del material ferromagnético, lo que da lugar a un campo magnético más intenso y, por tanto, a un mejor confinamiento para una corriente de bobina dada.
De manera opcional, dicha estructura ferromagnética no cubre al menos una bobina de dicha pluralidad de bobinas respectiva en un sentido hacia dicho plano de simetría. Esto protege el flujo magnético en el sentido opuesto al plano de simetría y dirige el flujo magnético en el sentido hacia el plano de simetría, es decir, hacia el plasma. De este modo, se consigue una protección más eficaz para una corriente de bobina dada.
Dicha estructura ferromagnética puede ser de acero ferromagnético.
El dispositivo de acuerdo con el primer aspecto puede utilizarse para confinar un plasma.
El dispositivo de acuerdo con el primer aspecto puede utilizarse en un reactor de fusión.
De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un método de confinamiento de plasma, que comprende, en un primer sistema magnético, que comprende una primera pluralidad de bobinas de bucle circular dispuestas concéntricamente, una primera bobina que transporta una corriente en un primer sentido y una segunda bobina que transporta una corriente en un segundo sentido opuesto al primero; y un segundo sistema magnético que comprende una segunda pluralidad de bobinas de bucle circular dispuestas concéntricamente que transportan corrientes con simetría especular con respecto al primer sistema magnético en relación con un plano de simetría situado entre el primer sistema magnético y el segundo sistema magnético, lo que crea una zona de confinamiento del plasma anular en el plano de simetría con un campo magnético normal al plano de simetría.
Las realizaciones y ventajas de este segundo aspecto pueden ser generalmente similares o iguales a las de la primera realización.
El método puede comprender además el control de un plasma confinado mediante el ajuste de la corriente en un tercer sistema magnético dispuesto radialmente fuera de la zona de confinamiento del plasma.
El control puede comprender el cambio del radio de la zona de confinamiento del plasma, que, por lo tanto, a su vez, puede cambiar el radio del plasma.
El método puede comprender además calentar el plasma mediante la inserción de un haz de iones en una zona radialmente fuera de la zona de confinamiento del plasma o radialmente dentro de la zona de confinamiento del plasma y permitiendo que los iones del haz de iones se desplacen hacia la zona de confinamiento del plasma.
A diferencia de las soluciones existentes, tales como los Tokamaks o dispositivos similares, donde el campo magnético creado para confinar el plasma también desvía del plasma los iones procedentes del exterior, y el calentamiento debe realizarse utilizando haces neutros que penetrarán a través del campo magnético y sólo se ionizarán una vez dentro del plasma, en el presente documento, los iones de alta energía pueden añadirse de forma conveniente y sencilla al plasma confinado, o proporcionarse para el calentamiento inicial del plasma con el fin de crear una condición de fusión, ya que la configuración actual del campo magnético puede arrastrar los iones hacia la zona de confinamiento del plasma, en lugar de desviarlas. Esto puede dar lugar a un procedimiento menos complicado y reducir aún más las pérdidas de partículas.
Breve descripción de los dibujos
Lo anterior, así como objetos, características y ventajas adicionales del presente concepto inventivo, se entenderá mejor a través de la siguiente descripción detallada ilustrativa y no limitante de las realizaciones preferidas, con referencia a los dibujos adjuntos, donde se utilizarán los mismos números de referencia para elementos similares, en donde:
La figura 1a es una vista en perspectiva de un primer sistema magnético y un segundo sistema magnético que pueden estar comprendidos en un dispositivo de confinamiento de plasma.
La figura 1b es una vista en perspectiva recortada del primer y segundo sistema magnético de la figura 1a. La figura 1c es una vista en sección transversal plana del primer y segundo sistema magnético de las figuras 1a y 1b.
La figura 2 es una vista en planta que muestra líneas de campo magnético simuladas generadas por el primer y segundo sistema magnético de las figuras 1a, 1b y 1c.
La figura 3a es una vista en perspectiva recortada de un primer sistema magnético, un segundo sistema magnético y un tercer sistema magnético comprendidos que pueden estar comprendidos en un dispositivo de confinamiento de plasma.
La figura 3b es una vista en sección transversal plana del primer, segundo y tercer sistema magnético de la figura 3a.
Las figuras 4a y 4b son vistas en planta que muestran líneas de campo magnético simuladas generadas por el primer, segundo y tercer sistema magnético de las figuras 3a y 3b.
Las figuras 5a y 5b son dibujos en perspectiva recortados que muestran dispositivos de confinamiento de plasma.
Las figuras 6, 7 y 8 son vistas en perspectiva recortadas de un dispositivo de confinamiento de plasma.
La figura 9 es una vista en planta que muestra líneas de campo magnético simuladas generadas por una configuración convencional de espejo magnético recto.
La figura 10 es una vista en planta que muestra líneas de campo magnético simuladas generadas por el primer y el segundo sistema magnético.
La figura 11 es una vista en planta que muestra líneas de campo magnético simuladas generadas por el primer, segundo y tercer sistema magnético.
La figura 12 es una vista en planta que muestra líneas de campo magnético simuladas generadas por el primer, segundo y tercer sistema magnético, estando cada una de las bobinas respectivas en el primer sistema magnético y en el segundo sistema magnético incluidas en un protector ferromagnético respectivo.
La figura 13 es una vista en planta que muestra líneas de campo magnético simuladas generadas por el primer, segundo y tercer sistema magnético.
En las figuras 14a y 14b se muestran los resultados de la simulación de una partícula en la configuración de las figuras 6, 7, 8 y 13.
En las figuras 15, 16 y 17 se muestran, respectivamente, trayectorias simuladas de partículas cargadas con posiciones radiales iniciales de 1,5 m, 3,0 m y 4,5 m, cada una para relaciones<vz>/<vr>de 0,5, 1,5 y 2,5.
Descripción detallada
Como es sabido, los dispositivos de confinamiento de plasma pueden basarse en líneas de campo magnético abiertas o en líneas de campo cerradas.
Los dispositivos de líneas de campo cerradas pueden, por ejemplo, tener un campo magnético toroidal. Un ejemplo de este tipo de dispositivo es un tokamak.
Los dispositivos de líneas de campo cerradas pueden confinar potencialmente las partículas de plasma sin fugas, ya que las partículas seguirán las líneas de campo, pero otras cuestiones, tales como la deriva E*B debida a la separación de cargas y los efectos magnetohidrodinámicos (MHD) pueden provocar el escape del plasma. Deben tomarse medidas especiales para eliminar las cenizas de helio, tal como pulsar el sistema, evitando así el funcionamiento en estado estacionario.
Uno de los principales problemas del campo toroidal es que los iones escaparán al confinamiento debido a la deriva E*B provocada por la separación de cargas.
En un tokamak, este problema puede resolverse mediante la inducción de una corriente en el plasma, donde la corriente creará un campo poloidal. El resultado es que el campo magnético se retuerce a lo largo del toroide, con los campos poloidal y toroidal juntos formando el campo magnético retorcido. Esto mitiga la deriva E*B, pero introduce un problema adicional, ya que el plasma sólo estará confinado mientras la corriente en la bobina magnética interior esté aumentando, es decir, no es posible funcionar en estado estacionario.
Es más, la corriente de plasma dará lugar a varias inestabilidades relacionadas con efectos magnetohidrodinámicos, tales como las inestabilidades de los pliegues. Esto puede solucionarse con varias bobinas de compensación alrededor de la vasija del reactor, pero las características básicas del plasma seguirán siendo inestables debido a los grandes efectos magnetohidrodinámicos.
Los dispositivos de confinamiento de plasma de líneas de campo abiertas, como se conocen en la materia anterior, pueden funcionar por un principio de espejo magnético, en donde las partículas cargadas del plasma se reflejan en zonas de densidad de flujo magnético creciente en los extremos respectivos de la zona de confinamiento. Estas máquinas tienen la capacidad de funcionar en estado estacionario y, por lo general, pueden tener menos problemas con la separación de cargas, además de permitir una manipulación más sencilla de las cenizas de helio.
Aunque se reconoce que puede proporcionar confinamiento de plasma, los dispositivos de confinamiento de plasma de líneas de campo abiertas siempre tendrán fugas de partículas de carga con vectores de velocidad suficientemente alineados con las líneas de campo magnético. Más específicamente, el efecto espejo se producirá para todas las partículas dentro de un intervalo de ángulos de aproximación fuera de un cono de pérdida definido por el ángulo de paso de la espiral helicoidal del giro de la partícula cargada alrededor de las líneas del campo magnético.
La extensión del cono de pérdida viene determinada por la relación especular respetar, definida como la relación entre la densidad de flujo magnético máxima Bmáx y mínimaB m ínque sigue una línea de campo magnético:
_ ^m áx
^especular _ ~
^ m í n
El ángulo que define el cono de pérdidas es entonces:
1
cono= árceos-^e s p e c u la r
Por lo tanto, se puede observar que una relación especular elevada dará lugar a un cono de pérdida pequeño, para que sólo escape la partícula cuya velocidad esté más alineada con las líneas de campo. Por el contrario, una relación especular baja dará lugar a un cono de pérdida mayor.
Una primera propiedad, conocida por la bibliografía, de las líneas de campo magnético de un dispositivo de confinamiento de plasma, asociada con la estabilidad magnetohidrodinámica del plasma confinado, es un campo magnético cóncavo, es decir, un campo magnético con líneas de campo magnético cóncavas, visto desde fuera de la zona de confinamiento del plasma y del plasma confinado.
Una segunda propiedad, conocida por la bibliografía, de las líneas de campo magnético de un dispositivo de confinamiento de plasma, asociada con la estabilidad magnetohidrodinámica del plasma confinado, es un campo magnético radial estrictamente creciente.
En las figuras 1a, 1b y 1c se muestran un primer sistema magnético 1 y un segundo sistema magnético 2 que pueden estar comprendidos en un dispositivo de confinamiento de plasma (véanse las figuras 5a y 5b).
El primer sistema magnético 1 comprende una primera pluralidad de bobinas de bucle circular dispuestas concéntricamente alrededor de un eje de simetría A, por ejemplo, como muestra una primera bobina interior 11 y una segunda bobina exterior 12, dispuesta concéntrica y radialmente fuera de la bobina interior 11.
Es más, el primer sistema magnético 1 comprende un segundo sistema magnético 2 que comprende una segunda pluralidad de bobinas de bucle circular, igualmente dispuesta concéntricamente alrededor del eje A, pero desplazado verticalmente respecto al primer sistema magnético. El segundo sistema magnético puede, por ejemplo, como se muestra, comprender una primera bobina interior 21 y una segunda bobina exterior 22, dispuesta concéntrica y radialmente fuera de la bobina interior 21.
En la figura 1c se muestra una vista en sección transversal a través del primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2 en un plano de sección transversal a través del eje de simetría A.
Las bobinas 21 y 22 del segundo sistema magnético 2 están dispuestas con simetría especular con respecto a las bobinas 11 y 12 del primer sistema magnético 1 en relación con un plano de simetría P, que se encuentra a igual distancia de cada uno de los sistemas magnéticos 1 y 2.
A lo largo de esta divulgación, se puede hacer referencia a sistemas de coordenadas y direcciones relativas al eje A y al plano de simetría P. En particular, las coordenadas y direcciones pueden describirse con referencia a un sistema de coordenadas cilíndricas o a un sistema de coordenadas cartesianas, teniendo cada uno como origen la intersección del eje de simetría A y el plano de simetría P.
El sistema de coordenadas cartesianas, con coordenadas denominadas "x, y, z", "X, Y, Z", "A, B, C" o similares, debe entenderse que tiene los dos primeros ejes de coordenadas "x, y", "X, Y", "A, B" o similares, situados en el plano de simetría P y el tercer eje de coordenadas "z", "Z", "C" o similar, que se extiende en dirección positiva hacia arriba (como se ve en las figuras 1 a 5) desde el origen a lo largo del eje de simetría A.
Si no se divulgan unidades para las coordenadas espaciales, las unidades de metros o grados están implícitas. Si no se divulga la unidad de tiempo, está implícita una unidad de segundos.
Debe entenderse que el sistema de coordenadas cilíndricas tiene una dirección y coordenadas radiales ("R", "r" o similar) que se extienden desde el origen en la intersección del eje de simetría A y el plano de simetría P, una dirección y coordenadas acimutales ("9", "Phi" o similar) medidos como un ángulo de rotación alrededor del eje de simetría A, y una dirección y coordenadas axiales ("z", "Z", "C" o similar) que se extienden en sentido positivo desde el origen hacia arriba a lo largo del eje de simetría A. El sentido positivo para la dirección acimutal es de acuerdo con la regla de la mano derecha con respecto al sentido axial positivo.
Es más, a lo largo de esta divulgación se hará referencia a figuras que muestran líneas de campo magnético simuladas (densidad de flujo magnético), es decir, líneas de potencial magnético iguales, incluidas las figuras 2, 4a, 4b, 9, 10, 11 y 12. Debido a las propiedades de simetría de los sistemas magnéticos divulgados en el presente documento, las propiedades del campo magnético de dicho cuadrante son suficientes para describir la configuración del campo en su conjunto, es decir, debido a la simetría especular con respecto al plano de simetría P y a la simetría rotacional alrededor del eje A. Por lo tanto, una figura que muestre un cuadrante debe interpretarse como que divulga la configuración del sistema de campo y magnético en los cuatro cuadrantes, sujeto a las propiedades de simetría mencionadas. Además, debido a la simetría rotacional, las figuras deben interpretarse como que divulgan sistemas magnéticos y campos magnéticos tridimensionales.
Con referencia aún a la figura 1c, la primera pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente 11 y 12 del primer sistema magnético 1 puede, como se muestra, tener un diseño idéntico al de la segunda pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente 21 y 22 del segundo sistema magnético 2, respetando la simetría especular.
En la figura 1c se muestran además las direcciones de la corriente de la bobina durante el funcionamiento del primer sistema magnético y del segundo sistema magnético, tal como se utilizan en un dispositivo de confinamiento de plasma (véanse las figuras 5a y 5b).
En el primer sistema magnético 1, la corriente de la bobina interior 11 está configurada para circular en un sentido hacia el plano de la sección transversal (marcado con una cruz) en el lado derecho de la figura 1c y hacia fuera del plano de la sección transversal (marcado con un círculo con punto) en el lado izquierdo de la figura 1c, es decir, en el sentido contrario a las agujas del reloj visto desde arriba del primer sistema magnético. Por el contrario, la corriente de la bobina exterior 12 está configurada para circular en un sentido hacia fuera del plano de la sección transversal (marcado con un círculo con punto) en el lado derecho de la figura 1c y hacia dentro del plano de la sección transversal (marcado con una cruz) en el lado izquierdo de la figura 1c, es decir, en el sentido de las agujas del reloj visto desde arriba del primer sistema magnético.
Por lo tanto, la primera pluralidad de bobinas de bucle circular dispuestas concéntricamente comprende una primera bobina 11 dispuesta para transportar una corriente en un primer sentido, y una segunda bobina 12 dispuesta para transportar una corriente en un segundo sentido opuesto al primero.
De la misma manera, respetando la simetría especular con respecto al plano de simetría P, en el segundo sistema magnético 2, la corriente de la bobina interior 21 está configurada para circular en un sentido hacia el plano de la sección transversal (marcado con una cruz) en el lado derecho de la figura 1c y hacia fuera del plano de la sección transversal (marcado con un círculo con punto) en el lado izquierdo de la figura 1c, es decir, en el sentido contrario a las agujas del reloj visto desde arriba del primer sistema magnético, y la corriente de la bobina exterior 22 está configurada para circular en un sentido hacia fuera del plano de la sección transversal (marcado con un círculo con punto) en el lado derecho de la figura 1c y hacia dentro del plano de la sección transversal (marcado con una cruz) en el lado izquierdo de la figura 1c, es decir, en el sentido de las agujas del reloj visto desde arriba del primer sistema magnético.
Por lo tanto, las corrientes del segundo sistema magnético 2, con el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2 en funcionamiento, están dispuestas con simetría especular en relación con el primer sistema magnético en relación con el plano de simetría P situado entre el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2.
Como se muestra con una flecha vectorial 202 que indica el vector de campo magnético (densidad de flujo magnético) B, en el plano de simetría P, la configuración simétrica especular de las corrientes en el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2 crea, en el plano de simetría P, un campo magnético normal al plano de simetría P. En el plano de simetría P se forma una zona de confinamiento del plasma 206 de forma anular, típicamente toroidal (véanse las figuras 2, 5a y 5b), indicada con una elipse discontinua aproximada, como se explicará más adelante.
Por lo tanto, expresado con otras palabras, un dispositivo de confinamiento de plasma puede comprender dos sistemas magnéticos 1 y 2 en forma de discos enfrentados en dirección axial, con un espacio intermedio donde se puede confinar el plasma. Cada sistema magnético 1, 2 tiene al menos dos bobinas 11, 12, 21, 22 en las que el sentido y la magnitud de la corriente crean una condición límite de campo magnético normal en el plano de simetría P.
Es más, con referencia aún a las figuras 1a, 1b y 1c, la primera pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente 11 y 12 en el primer sistema magnético 1 y la segunda pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente 21 y 22 en el segundo sistema magnético 2 pueden estar incluidas cada una en estructuras de soporte 204 respectivas, que pueden ser de material ferromagnético, tal como el acero ferromagnético. De manera alternativa, la estructura de soporte 204 puede ser de material no ferromagnético, tal como el acero no ferromagnético.
De manera opcional, como se muestra, las respectivas estructuras de soporte 204 del primer sistema magnético 1 y del segundo sistema magnético 2 no cubren al menos una bobina, como se muestra todas las bobinas de la respectiva pluralidad de bobinas en una dirección hacia el plano de simetría P, pero cubre las respectivas bobinas 11, 12, 21 y 22 en todas las demás direcciones.
A efectos comparativos, en la figura 9 se muestran las líneas de campo magnético simuladas de una configuración de espejo magnético recto compuesto por dos bobinas, a saber, una sola bobina 1600 en cada hemisferio. Como es habitual en este tipo de configuración de espejo magnético recto ("botella"), el campo magnético muestra una región 1602 de densidad de flujo magnético relativamente baja cerca del plano de simetría P y una región 1604 de densidad de flujo magnético relativamente alta cerca de la bobina 1600, creando una zona de confinamiento 206 para las partículas cargadas, basada en el principio de reflexión magnética, como se ha explicado anteriormente. Además, visto radialmente desde fuera de la zona de confinamiento 206, es decir, desde la derecha en la figura 9, una región relativamente grande cerca del plano de simetría muestra líneas de campo magnético convexas, mientras que una región más pequeña cercana a la bobina 1600 muestra líneas de campo magnético cóncavas, siendo las primeras, según la primera propiedad comentada anteriormente, desventajosa y las últimas ventajosas. Es más, cabe destacar que, en el plano de simetría P, la densidad de flujo magnético disminuye al aumentar el radio.
Las configuraciones del sistema magnético divulgadas hacen que el campo magnético sea normal al plano de simetría P en todo el plano de simetría P, como demuestran las líneas de campo magnético que cruzan el plano de simetría P en ángulo recto. En la figura 2, igual que en la figura 1c, se muestran las líneas de campo magnético en un plano de sección transversal a través del eje A. Debido a la simetría rotacional del primer sistema magnético 1 y del segundo sistema magnético 2, la configuración del campo magnético también es rotacionalmente simétrica, de modo que la figura 2 es representativa de cualquiera de esos planos transversales y, por tanto, de toda la configuración del campo. En particular, el campo magnético no tiene ningún componente toroidal, es decir, en un sentido que apunte hacia dentro o hacia fuera del plano de sección transversal de la figura 2, que es el sentido acimutal mencionado anteriormente. Dicho de otro modo, los vectores del campo magnético se encuentran en el plano de sección transversal para cualquier plano de sección transversal a través del eje A. Lo mismo se aplica para las configuraciones de las figuras 9 a 13.
En la figura 2 se muestran las líneas de campo magnético resultantes de la configuración simétrica especular de las corrientes en el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2 indicadas anteriormente en relación con las figuras 1a, 1b y 1c. La configuración del campo magnético resultante da lugar a la zona de confinamiento 206 anular, representada de nuevo por elipses discontinuas aproximadas, en la que pueden confinarse los iones del plasma. La zona de confinamiento del plasma está restringida radialmente entre un radio interior y un radio exterior, como confirman las simulaciones. Los iones de plasma confinados en el dispositivo de confinamiento de plasma, en la zona de confinamiento del plasma 206 en el plano de simetría P, realizarán un movimiento de giro circular en ese plano debido al campo magnético perpendicular a ese plano. Como se ha mencionado, no hay campo toroidal. Dada la ausencia de componente toroidal del campo magnético, así pues, no habrá fuerza axial de Lorentz sobre los iones en el plano de simetría P. Al alejarse del plano de simetría en dirección axial, a lo largo de una línea de campo, la fuerza de Lorentz puede empujar al ion de vuelta hacia el plano de simetría, confinando al ion en el plano de simetría.
A diferencia de la situación en un tokamak, donde el plasma está confinado con campos toroidales y poloidales, un dispositivo de confinamiento de acuerdo con la presente divulgación confina plasma con campos axiales (paralelos al eje A) y radiales.
En la figura 10 se muestra otra configuración que puede estar comprendida en un dispositivo de confinamiento de plasma, de nuevo, dispuesto con un primer sistema magnético 1 que comprende una primera bobina 11 dispuesta para transportar una corriente en un primer sentido; y una segunda bobina 12 dispuesta para transportar una corriente en un segundo sentido opuesto al primero (véase la figura 1c); y un segundo sistema magnético (no mostrado) que comprende una primera y una segunda bobina de bucle circular dispuestas concéntricamente (no mostradas), dispuesto con simetría especular en relación con dicho primer sistema magnético en relación con el plano de simetría P situado entre el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2. Igual que para el espejo magnético recto de la figura 9, una zona de confinamiento para partículas cargadas, es decir, una zona de confinamiento de plasma 206, es el plano de simetría P con un campo magnético normal al plano de simetría en el plano de simetría.
Como se ha indicado anteriormente en relación con la figura 9, como se muestra en la figura 10, y también es evidente en la figura 2, mediante una elección adecuada de las geometrías de las bobinas 11 y 12 del primer sistema magnético, y del segundo sistema magnético 2, y las corrientes transportadas en las mismas, es posible lograr una configuración de campo que muestre una región 1602 de densidad de flujo magnético relativamente baja cerca del plano de simetría P y una región 1604 de densidad de flujo magnético relativamente alta cerca de las bobinas 11 y 12, creando una zona de confinamiento 206 para las partículas cargadas, basada en el principio de reflexión magnética. Además, como en la figura 10, visto radialmente desde fuera de la zona de confinamiento 206, es decir, desde la derecha en la figura 9, la región 1602 cercana al plano de simetría muestra líneas de campo magnético convexas, mientras que la región 1604 muestra líneas de campo magnético cóncavas.
Además, como es evidente de la comparación de las figuras 10 (y la figura 2) con la figura 9, una elección adecuada de la geometría de las bobinas y de las corrientes que circulan por ellas, permite aumentar considerablemente la densidad de flujo magnético en la región 1604 de densidad de flujo magnético relativamente alta cerca de las bobinas 11 y 12. Esto puede proporcionar una mayor relación especular, mejorar el confinamiento de las partículas cargadas en un plasma, debido al cono de pérdida reducido.
En las figuras 3a y 3b muestran un primer sistema magnético 1, un segundo sistema magnético 2 y un tercer sistema magnético que puede estar comprendido en un dispositivo de confinamiento de plasma (véanse las figuras 5a y 5b). A menos que se mencione específicamente a continuación, los sistemas magnéticos de las figuras 3a, 3b y la figura 4 tienen los mismos rasgos y características que el primer sistema magnético y el segundo sistema magnético descritos anteriormente junto con las figuras 1a, 1b, 1c y 2. El tercer sistema magnético 3 está dispuesto radialmente fuera, con respecto al eje A, de la zona de confinamiento del plasma 206.
Es más, el tercer sistema magnético 3 puede, como se muestra, situarse radialmente fuera, con respecto al eje A, del primer sistema magnético 1 y del segundo sistema magnético 2.
El tercer sistema magnético 3 comprende al menos una bobina de bucle circular, por ejemplo, como se muestra, una primera bobina de bucle circular 31 dispuesta en el mismo lado del plano de simetría P que el primer sistema magnético y una segunda bobina de bucle circular 32 dispuesta en el lado opuesto del plano de simetría P, en donde la segunda bobina 32 está dispuesta con simetría especular en relación con la primera bobina 31. En particular, con referencia a la figura 3b, cada una de la primera bobina 31 y la segunda bobina 32 tiene una corriente configurada para circular, con el sistema magnético en funcionamiento, en un sentido hacia el interior del plano de sección transversal (marcado con una cruz) en la parte izquierda de la figura 3b y hacia el exterior del plano de sección transversal (marcado con un círculo de punto) en la parte derecha de la figura 3c, es decir, en el sentido de las agujas del reloj visto desde arriba del primer sistema magnético.
Las líneas de campo magnético simuladas resultantes se muestran en las figuras 4a y 4b. La configuración del campo magnético es similar a la de la figura 2. En particular, se forma una zona de confinamiento del plasma 206 anular, tal como se ha descrito anteriormente en relación con las figuras 1a, 1b, 1c y 2. En la figura 4b se muestra de cerca un cuadrante de la figura 4a. Debido a las propiedades de simetría de los sistemas magnéticos, las propiedades del campo magnético de dicho cuadrante son suficientes para describir la configuración del campo en su conjunto, es decir, debido a la simetría especular con respecto al plano de simetría P y a la simetría rotacional alrededor del eje A.
En la figura 11 se muestra otra configuración que puede estar comprendida en un dispositivo de confinamiento de plasma. Además del primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2 de la figura 10, como en las figuras 3a y 3b, un tercer sistema magnético 3 está dispuesto radialmente fuera de la zona de confinamiento del plasma 206. El tercer sistema magnético comprende una bobina de bucle circular 31.
Aún con referencia a la figura 11, como se ha indicado anteriormente en relación con la figura 9, la configuración de campo que muestra una región 1602 de densidad de flujo magnético relativamente baja cerca del plano de simetría P y una región 1604 de densidad de flujo magnético relativamente alta cerca de las bobinas 11 y 12, crea una zona de confinamiento 206 para las partículas cargadas, basada en el principio de reflexión magnética.
Además, aún con referencia a la figura 11, como en la figura 10, visto radialmente desde fuera de la zona de confinamiento 206, es decir, desde la derecha en la figura 9, la región 1602 cercana al plano de simetría muestra líneas de campo magnético cóncavas, visto desde el exterior de la zona de confinamiento del plasma 206, mientras que la región 1604 muestra líneas de campo magnético convexas, de nuevo visto desde fuera de la zona de confinamiento del plasma 206. Sin embargo, la región de líneas de campo magnético cóncavas es mayor que con la configuración de la figura 10, lo que corresponde a la mayor parte de la zona de confinamiento del plasma.
Además, aún con referencia a la figura 11, como en la figura 10, una elección adecuada de la geometría de las bobinas y de las corrientes que circulan por ellas, permite aumentar considerablemente la densidad de flujo magnético en la región 1604 de densidad de flujo magnético relativamente alta cerca de las bobinas 11, y 12, proporcionando una elevada relación especular.
Asimismo, como se desprende de la figura 11 (y de las figuras 4a y 4b), mediante una elección adecuada de la corriente a través de la bobina 31 del tercer sistema magnético, se consigue una configuración de campo con una densidad de flujo magnético radial estrictamente creciente en la zona de confinamiento del plasma 206.
En la figura 12 se muestra otra configuración que puede estar comprendida en un dispositivo de confinamiento de plasma. Además de la configuración de la figura 11, cada una de las bobinas respectivas del primer sistema magnético 1 y del segundo sistema magnético 2 está incluida en un protector ferromagnético respectivo. Esto concentra el campo magnético, permitiendo una mayor relación especular.
En la figura 13 se muestra otra configuración que puede estar comprendida en un dispositivo de confinamiento de plasma. En este ejemplo de configuración, en comparación con la configuración de la figura 12, las bobinas 11, 12 y 31 tienen superficies cónicas y/o convexas. Por tanto, como se desprende de la figura 13, se puede lograr una configuración de campo magnético donde el perímetro radial exterior 1202 de la zona de confinamiento de plasma 260, hasta un punto de reflexión, tiene líneas de campo magnético cóncavas, y también el perímetro radial interior 1204, mientras que la densidad de flujo magnético aumenta de manera estrictamente radial.
Las figuras 5a y 5b muestran cada una un dispositivo de confinamiento de plasma 500, cada uno de los cuales comprende un primer sistema magnético 1 y un segundo sistema magnético 2, tal como se ha detallado anteriormente en relación con las figuras 1a, 1b, 1c y 2, y un tercer sistema magnético 3 opcional, como se ha detallado anteriormente en relación con las figuras 3a, 3b, 4a y 4b. Cada uno de estos dispositivos de confinamiento de plasma 500 puede utilizarse en un reactor de fusión.
Es más, cada dispositivo de confinamiento de plasma 500 comprende un recipiente de plasma 208, como es bien conocido en la tecnología de fusión de plasma. El recipiente de plasma puede, como se muestra, estar situado entre el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2. Es más, el recipiente de plasma 208 puede, como se muestra, estar situado radialmente en el interior del tercer sistema magnético 3, si existe dicho sistema. El recipiente de plasma 208 puede, como se muestra, ser rotacionalmente simétrico alrededor del eje A. El recipiente 208 del reactor está situado de modo que la zona de confinamiento del plasma 206 de forma anular y toroidal se encuentra dentro del recipiente 208 del reactor.
Las dimensiones físicas del dispositivo de confinamiento de plasma 500 dependen de muchos parámetros, tales como la densidad de corriente de ingeniería en las bobinas magnéticas, el grado de confinamiento de las partículas alfa, el volumen de plasma deseado, etc. A continuación se indican las dimensiones típicas que pueden proporcionar un buen confinamiento de partículas alfa y un volumen de plasma de aproximadamente 15 m3 a una densidad de corriente de ingeniería en los sistemas magnéticos de 10 A/mm2:
Diámetro exterior del primer sistema magnético 1 y del segundo sistema magnético 2: de 8 m a 16 m, normalmente 12 m.
Altura de cada una de las bobinas 11, 12, 21 y 22: de 1,5 m a 3,5 m, normalmente 2,5 m
Espesor del soporte 204 que incluye las bobinas: de 0,6 m a 1,3 m, normalmente 1,0 m.
Distancia entre el borde superior del primer sistema magnético 1 y el borde inferior del segundo sistema magnético 2: de 4,0 m a 8,0 m, normalmente 6,0 m
Diámetro exterior del tercer sistema magnético 3: de 10,0 m a 22 m, normalmente 16,0 m.
Mediante la variación de la corriente de la bobina se puede cambiar la configuración del campo magnético para controlar un plasma confinado en la zona de confinamiento del plasma 206. Por ejemplo, el radio de la zona de confinamiento del plasma puede modificarse.
En la figura 5b se muestra un dispositivo de confinamiento de plasma 500 que tiene un dispositivo de calentamiento de plasma por microondas 210 opcional, conocido de por sí, situado en el centro del dispositivo 500 en el eje A y, por tanto, radialmente dentro de la zona de confinamiento del plasma 206.
Es más, el dispositivo de confinamiento de plasma 500 puede tener una disposición de inserción del haz de iones 212 opcional, conocida de por sí, que desemboca en el recipiente 208 y está situado radialmente fuera de la zona de confinamiento del plasma 206.
Un haz de iones, por ejemplo, que comprende partículas alfa de alta energía, puede insertarse utilizando el dispositivo de inserción de haz de iones 210 en una zona radialmente exterior a la zona de confinamiento del plasma 206, tras lo cual puede permitirse que los iones del haz de iones se desplacen hacia radios inferiores en la zona de confinamiento del plasma 206, calentando así el plasma, que en la siguiente fase puede ser autosuficiente en el calentamiento, es decir, plasma encendido.
De manera alternativa (no mostrado), un haz de iones, por ejemplo, que comprende partículas alfa de alta energía, puede insertarse utilizando dicho dispositivo de inserción de haces de iones en una zona radialmente interior a la zona de confinamiento del plasma 206, tras lo cual puede permitirse que los iones del haz de iones se desplacen hacia radios superiores en la zona de confinamiento del plasma 206, calentando así el plasma.
Por lo tanto, el diseño del dispositivo de confinamiento de plasma de acuerdo con la presente divulgación permite la accesibilidad de los dispositivos de calentamiento tanto en el radio exterior como en el centro del sistema. De manera alternativa, de nuevo, el plasma puede calentarse por el dispositivo de calentamiento de plasma por microondas 210.
Las figuras 6 , 7 y 8 son vistas en perspectiva recortadas de otro dispositivo de confinamiento de plasma 500 que comprende un primer 1, un segundo 2 y un tercer 3 sistema magnético como se ha detallado anteriormente junto con la figura 13. El dispositivo de confinamiento de plasma 500 puede utilizarse en un reactor de fusión.
Es más, como se muestra en la figura 7, el dispositivo de confinamiento de plasma 500 puede comprender un recipiente de plasma 208, como es bien conocido en la tecnología de fusión de plasma. Como se muestra, un recipiente de plasma 208 puede estar situado radialmente en el interior de las bobinas 31 y 32 del tercer sistema magnético 3, radialmente dentro de las bobinas exteriores 22 y 12 de, respectivamente, el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2, y radialmente fuera y axialmente dentro de las bobinas interiores 11 y 21, respectivamente, del primer sistema magnético 1 y del segundo sistema magnético 2.
Es más, en la figura 7 se muestra la estructura ferromagnética 204.
Por último, en la figura 8 se muestra el dispositivo de confinamiento de plasma 500 contenido en una carcasa 1500. Las dimensiones típicas pueden ser las siguientes. Incluida la carcasa 1500, el dispositivo 500 puede tener un diámetro de aproximadamente 25 m y una altura de aproximadamente 35 m. El diámetro interior de las bobinas del tercer sistema magnético 3 puede ser de aproximadamente 12 m. La distancia mínima entre las bobinas interiores 11 y 21 de, respectivamente, el primer sistema magnético 1 y el segundo sistema magnético 2, puede ser de aproximadamente 11 m.
De acuerdo con la presente divulgación, la corriente global en un sistema de partículas, es decir, plasma, confinado en él puede ser cero, o cercano a cero. Esto puede dar lugar a un plasma mucho menos dinámico en comparación con los reactores de base toroidal, tal como los tokamaks. Dicho plasma menos dinámico puede tener menos problemas con las inestabilidades del plasma provocadas por la corriente, tal como la inestabilidad de los pliegues. En lo sucesivo, se indicarán los resultados de la simulación de un dispositivo de confinamiento de plasma de acuerdo con el presente concepto inventivo, con referencia a las figuras 14a, 14b, 15, 16 y 17, que validan la capacidad del dispositivo de confinamiento de plasma 500 para confinar iones de plasma de fusión. Confinar un plasma de fusión implica confinar iones de deuterio, iones de tritio, partículas alfa y electrones por el campo magnético en el volumen del plasma. Las partículas alfa, uno de los productos de la fusión del deuterio y el tritio, con una energía cinética de 5,6 * 10-13 J (3,5 MeV, unos 13.000.000 m/s) son, con diferencia, las partículas más difíciles de confinar.
Si una partícula alfa se puede confinar, contribuirá al calentamiento del plasma, de modo que un plasma encendido se autosustenta mediante partículas alfa confinadas. La combustión del plasma necesita energía externa, pero inferior a la energía calorífica producida por el proceso de fusión. Dicho calentamiento lo proporcionan las partículas alfa producto de la fusión. Por lo tanto, confinar partículas alfa es importante.
El deuterio y el tritio se fusionarán a 1,9 * 10-15 J (12 keV) o incluso menos. Confinar un ion más ligero a una energía más baja es mucho más fácil que el ion pesado a alta energía. Si las partículas alfa producto de la fusión se pueden confinar, los iones de deuterio y tritio, así como los electrones, también estarán confinados en el mismo volumen, es decir, si las partículas alfa están confinadas, los iones de deuterio y tritio también quedarán confinados.
Se realizaron simulaciones de trayectorias de partículas cargadas en un campo magnético calculadas mediante simulación por el método de los elementos finitos (MEF), lo que verificó la capacidad de confinamiento de partículas cargadas.
Dado que el sistema es rotacionalmente simétrico, podría describirse en una simulación bidimensional (2D). Asimismo, como existe simetría especular entre los dos primeros sistemas magnéticos y el segundo sistema magnético, un primer cuadrante (véanse las figuras 4b, 9 a 13) podría definir completamente todo el volumen del sistema.
Las trayectorias de las partículas se calcularon de forma repetida, teniendo en cuenta la fuerza de Lorentz sobre la partícula y la segunda ley de Newton.
En las figuras 14a, 14b, 15, 16 y 17 se muestran los resultados de la simulación de una partícula en la configuración comentada anteriormente junto con las figuras 6, 7, 8 y 13.
En la figura 14a se muestra la trayectoria simulada de un deuterón con una energía cinética de 1,6 * 10-14 J (100 keV), mientras que en la figura 14b se muestra la trayectoria simulada de una partícula alfa con una energía cinética de 5,6 * 10-13 J (3,5 MeV), es decir, la normal como producto de una fusión entre un ion de deuterio y un ion de tritio. Ambas partículas quedan confinadas en la zona de confinamiento del plasma, reflejándose magnéticamente en sus respectivos extremos. En una primera aproximación, para un vector de velocidad inicial dado, el centro de giro de las partículas cargadas seguirá una línea de campo dada y se reflejará en el mismo extremo independientemente de la energía cinética o carga de la partícula. Sin embargo, como las partículas tendrán diferentes radios de giro (radio de Larmor), la deriva será diferente.
En las figuras 15, 16 y 17 se muestran, respectivamente, trayectorias simuladas de partículas cargadas con posiciones radiales iniciales de 1,5 m, 3,0 m y 4,5 m, cada una para relaciones<vz>/<vr>(velocidad axial/velocidad radial) de 0,5, 1,5, 2,5, que muestran el confinamiento de partículas cargadas para cada una de estas configuraciones.
El concepto inventivo se ha descrito anteriormente con referencia a ejemplos de realización. Sin embargo, como apreciarán fácilmente los expertos en la materia, son igualmente posibles otras realizaciones de las divulgadas anteriormente dentro del alcance del concepto inventivo, como se define en las reivindicaciones de patente adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de confinamiento de plasma (500), que comprende:
un primer sistema magnético (1) que comprende una primera pluralidad de bobinas de bucle circular (11 y 12) dispuestas concéntricamente, que comprende:
una primera bobina (11) dispuesta para transportar una corriente en un primer sentido; y
una segunda bobina (12) dispuesta para transportar una corriente en un segundo sentido opuesto a dicho primer sentido; y
un segundo sistema magnético (2) que comprende una segunda pluralidad de bobinas de bucle circular (21 y 22) dispuestas concéntricamente, dispuesto con simetría especular con respecto a dicho primer sistema magnético en relación con un plano de simetría (P) situado entre dicho primer sistema magnético (1) y dicho segundo sistema magnético (2),
estando dispuestos dicho primer sistema magnético (1) y dicho segundo sistema magnético (2) de forma que crean una zona de confinamiento del plasma (206) anular en dicho plano de simetría (P) con un campo magnético normal al plano de simetría (P) en dicho plano de simetría (P).
2. El dispositivo (500) de la reivindicación 1, en donde dicha primera pluralidad de bobinas (11 y 12) dispuestas concéntricamente está diseñada de forma idéntica a dicha segunda pluralidad de bobinas (21 y 22) dispuestas concéntricamente.
3. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, que comprende además un tercer sistema magnético (3) dispuesto radialmente fuera de dicha zona de confinamiento del plasma (206), comprendiendo dicho tercer sistema magnético (3) al menos una bobina de bucle circular (31 y 32).
4. El dispositivo (500) de la reivindicación 3, en donde dicho tercer sistema magnético (3) comprende una primera bobina (31) dispuesta en un mismo lado de dicho plano de simetría (P) que dicho primer sistema magnético (1) y una segunda bobina (32) dispuesta en un lado opuesto de dicho plano de simetría (P), en donde dicha segunda bobina (32) está dispuesta con simetría especular en relación con dicha primera bobina (31).
5. El dispositivo (500) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde dicha primera pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente en dicho primer sistema magnético y dicha segunda pluralidad de bobinas dispuestas concéntricamente en dicho segundo sistema magnético están incluidas cada una en estructuras ferromagnéticas respectivas.
6. El dispositivo (500) de la reivindicación 5, en donde dicha estructura ferromagnética no cubre al menos una bobina de dicha pluralidad de bobinas respectiva en un sentido hacia dicho plano de simetría.
7. El dispositivo (500) de una cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en donde dicha estructura ferromagnética comprende acero ferromagnético.
8. Uso del dispositivo (500) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 para confinar un plasma.
9. El uso del dispositivo (500) de la reivindicación 8, en donde dicho uso es en un reactor de fusión.
10. Un método de confinamiento de plasma, que comprende:
en un primer sistema magnético (1) que comprende una primera pluralidad de bobinas de bucle circular (11 y 12) dispuestas concéntricamente, una primera bobina (11) que transporta una corriente en un primer sentido y una segunda bobina (12) que transporta una corriente en un segundo sentido opuesto a dicho primer sentido; y
un segundo sistema magnético (2) que comprende una segunda pluralidad de bobinas de bucle circular (21 y 22) dispuestas concéntricamente que transportan corrientes con simetría especular con respecto a dicho primer sistema magnético (1) en relación con un plano de simetría (P) situado entre dicho primer sistema magnético (1) y dicho segundo sistema magnético (2),
lo que crea una zona de confinamiento del plasma (206) anular en dicho plano de simetría (P) con un campo magnético normal a dicho plano de simetría (P).
11. El método de la reivindicación 10, que comprende además:
controlar un plasma confinado mediante el ajuste de la corriente en un tercer sistema magnético (3) dispuesto radialmente fuera de dicha zona de confinamiento del plasma (206).
12. El método de la reivindicación 11, en donde dicho control comprende cambiar un radio de dicha zona de confinamiento de plasma.
13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, que comprende además:
calentar dicho plasma mediante la inserción de un haz de iones en una zona radialmente exterior a dicha zona de confinamiento del plasma (206) o radialmente interior a dicha zona de confinamiento del plasma (206) y permitir que los iones de dicho haz de iones se desplacen hacia dicha zona de confinamiento del plasma (206).
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