ES2837256T3 - Sistemas y procedimientos para reducir corrientes de Foucault no deseadas - Google Patents

Sistemas y procedimientos para reducir corrientes de Foucault no deseadas Download PDF

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Abstract

Procedimiento para reducir corrientes de Foucault no deseadas inducidas en una estructura conductora de una vasija de confinamiento de plasma (10), comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: inducir un primer conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora de la vasija de confinamiento de plasma (10), y trasladar un plasma de configuración de campo invertido (FRC) a la estructura conductora de la vasija de confinamiento de plasma (10) induciendo un segundo conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora, siendo el primer conjunto de corrientes de Foucault inducido antes que el segundo conjunto de corrientes de Foucault y presentando una distribución sustancialmente igual y opuesta en signo a la distribución del segundo conjunto de corrientes de Foucault para anular sustancialmente el segundo conjunto de corrientes de Foucault durante la inducción del segundo conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora; caracterizado por que la inducción del primer conjunto de corrientes de Foucault incluye una de entre aumentar la corriente en las bobinas (20) alrededor de la estructura conductora justo antes de la traslación del plasma a la estructura conductora y mantener las bobinas (20) alrededor de la estructura conductora a una corriente constante para producir el primer conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora, o aumentar y mantener las bobinas (20) alrededor de la estructura conductora a una corriente constante hasta que todas las corrientes de Foucault hayan decaído en la estructura conductora, e interrumpir la corriente de las bobinas (20) para permitir que el primer conjunto de corrientes de Foucault se excite en las estructuras conductoras conservando el flujo magnético a través de las estructuras.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y procedimientos para reducir corrientes de Foucault no deseadas
Campo
La materia descrita en la presente memoria se refiere, en general, a sistemas de confinamiento magnético de plasma y, más particularmente, a sistemas y procedimientos que facilitan la cancelación de corrientes de Foucault no deseadas.
Antecedentes
La Configuración de Campo Invertido (FRC) pertenece a la clase de topologías de confinamiento magnético de plasma conocidas como toroides compactos (CT). Presenta campos magnéticos predominantemente poloidales y posee campos toroidales autogenerados nulos o pequeños (véase Nucl. Fusion 28, 2033 (1988), de M. Tuszewski). El procedimiento tradicional de formación de una FRC usa la tecnología de campo invertido con pinzamiento en 9, produciendo plasmas calientes de alta densidad (véase Nucl. Fusion 33, 27 (1993) de A. L. Hoffman et al.). Una de las variantes de esto es el procedimiento de atrapamiento con traslación en el que el plasma creado en una “fuente” con pinzamiento en theta es expulsado de manera más o menos inmediata desde un extremo hacia una cámara de confinamiento. A continuación, el plasmoide en traslación es atrapado entre dos espejos fuertes en los extremos de la cámara (véase, por ejemplo, Phys. Plasmas 2, 191 (1995), de H. Himura et al.).
En la última década se ha producido un progreso significativo con el desarrollo de otros procedimientos de formación de FRC: fusión de esferomaks con helicidades dirigidas de manera opuesta (véase, por ejemplo, Nucl. Fusion 39, 2001 (1999), de Y. Ono et al.) y excitando corriente con campos magnéticos giratorios (RMF) (véase, por ejemplo, Phys. Plasmas 6, 1950 (1999), de I. R. Jones) lo cual proporciona también una estabilidad adicional. Recientemente, se ha desarrollado además de manera significativa la técnica de fusión por colisión, propuesta hace tiempo (véase, por ejemplo, Phys. Fluids 9, 1010 (1966), de D. R. Wells): dos pinzamientos en theta independientes en extremos opuestos de una cámara de confinamiento generan simultáneamente dos plasmoides y aceleran los plasmoides uno hacia el otro a una alta velocidad; a continuación, los mismos colisionan en el centro de la cámara de confinamiento y se fusionan para formar una FRC compuesta. En la construcción y el funcionamiento exitoso de uno de los experimentos de FRC más grandes hasta la fecha, se reveló que el procedimiento convencional de fusión por colisión producía FRCs de alta temperatura, con un alto flujo, de larga duración y estables (véase, por ejemplo, Phys. Rev. Lett. 105, 045003 (2010) de M. Binderbauer et al.).
Cuando una FRC se traslada a la sección de confinamiento, induce corrientes de Foucault en cualquier estructura conductora que esté en sus proximidades (por ejemplo, la pared de la vasija o componentes conductores dentro de la vasija). Estas corrientes de Foucault influyen en el estado del plasma y decaen a lo largo del tiempo, con lo cual contribuyen a una evolución continua del plasma y evitan cualquier estado estable hasta que las corrientes de Foucault hayan decaído a magnitudes despreciables. Si las estructuras conductoras no son axisimétricas (lo cual en general es así), las corrientes de Foucault rompen la axisimetría de la FRC. En general, dichas corrientes de Foucault inducidas por traslación no son deseables. Su excitación inicial impone restricciones sobre la forma del plasma y, por lo tanto, limita la capacidad de las estructuras conductoras para proporcionar una estabilización pasiva de inestabilidades del plasma, y su decaimiento a lo largo del tiempo complica el control del plasma requiriendo una compensación continua incluso en ausencia de inestabilidades del plasma. Además, todos los efectos beneficiosos de las corrientes de Foucault inducidas por traslación también se pueden aportar con ajustes adecuados del campo magnético de equilibrio.
Las corrientes de Foucault inducidas por traslación no son el único tipo de corrientes de Foucault que surgen durante los experimentos. Las inestabilidades del plasma pueden excitar corrientes de Foucault que reducen la velocidad de crecimiento de la inestabilidad y, por lo tanto, son deseables. También surgirán corrientes de Foucault como respuesta a un aumento de corriente del haz neutro.
Típicamente, los tiempos de vida del plasma en otros experimentos de FRC se han limitado a valores significativamente inferiores a la escala de tiempo resistiva de la pared conductora, de manera que las corrientes de Foucault variables en el tiempo no planteaban ningún problema práctico y no se les ha prestado mucha atención.
Una de las técnicas relacionadas para evitar la excitación de corrientes de Foucault inducidas por traslación es el uso de “huecos” axiales aislantes en la vasija para evitar la excitación de corrientes de Foucault axisimétricas. El inconveniente de este procedimiento es que requiere cambios estructurales sobre la vasija conductora, y que las corrientes de Foucault no se suprimen sino que las corrientes axisimétricas se transforman en corrientes 3-D. Así, esto agrava los efectos perjudiciales de los campos 3-D y hace también que la pared resulte inadecuada para una estabilización pasiva de inestabilidades axisimétricas del plasma.
Normalmente, los campos de error tridimensionales se corrigen con bobinas de corrección de campos de error que, en sí, no son axisimétricas. En el mejor de los casos, dichas bobinas pueden eliminar tantos armónicos como bobinas haya, aunque tienden a introducir errores nuevos en los armónicos restantes y es necesario que puedan seguir cualquier variación en el tiempo de los campos de error durante el experimento.
Por lo tanto, es deseable proporcionar sistemas y procedimientos que faciliten la reducción o eliminación de corrientes de Foucault no deseables.
La solicitud de patente de Estados Unidos US 5451877 divulga un procedimiento para la compensación de corrientes de Foucault provocadas por gradientes en aparatos de resonancia magnética nuclear en donde se activa un impulso de gradiente y se excita una señal de resonancia magnética nuclear en una rodaja de un fantoma que se extiende espacialmente, la señal de resonancia magnética nuclear se adquiere después del final del impulso de gradiente y durante el tiempo de decaimiento de las corrientes de Foucault provocadas por dicho impulso de gradiente, y el campo magnético por corrientes de Foucault se identifica a partir de la curva de fase de esta señal de resonancia magnética nuclear. Sobre la base del campo magnético por corrientes de Foucault identificado de esta manera se calcula un filtro para el sistema de gradiente que genera el impulso de gradiente.
La solicitud de patente de Estados Unidos US 2014/084925 divulga un sistema de medición basado en la relajación o resonancia magnética con prepolarización, que comprende una bobina de prepolarización para producir un campo prepolarizante en la zona objetivo, medios para pulsar el campo prepolarizante de acuerdo con un primer esquema de pulsación, y unos medios para medir la magnetización de un objetivo situado en la zona objetivo.
La publicación de F Gnesotto: “RFX: new tools for real-time MHD control”, 2005, XP055522032, divulga un resumen de resultados importantes obtenidos en el pasado por medio del control activo de campos magnéticos en RFX, que describe modificaciones recientes sobre la máquina y mejoras sobre fuentes de alimentación y diagnósticos magnéticos. La antigua y gruesa carcasa se ha sustituido por una carcasa mucho más delgada, cuyas constantes de tiempo electromagnéticas son mucho menores que la duración de los impulsos, y se ha añadido un sistema de 192 bobinas de campo radiales, que cubren la superficie completa del toro. Además, se divulgan unos modelos usados para diseñar el nuevo sistema de control en tiempo real de RFX y algunos resultados preliminares.
La solicitud PCT internacional WO 2013/074666 divulga unos sistemas y procedimientos que facilitan la formación y el mantenimiento de Configuraciones de Campo Invertido (FRC) nuevas de alto rendimiento. Un sistema de FRC para la FRC de Alto rendimiento (HPF) incluye una vasija de confinamiento central rodeada por dos secciones de formación de pinzamiento en theta con campo invertido diametralmente opuestas y, más allá de las secciones de formación, dos cámaras de deflectores para controlar la densidad de neutros y la contaminación de impurezas. Un sistema magnético incluye una serie de bobinas casi-dc posicionadas axialmente a lo largo de los componentes del sistema de FRC, bobinas especulares casi-dc entre la cámara de confinamiento y las secciones de formación adyacentes, y tapones especulares entre las secciones de formación y los deflectores. Las secciones de formación incluyen sistemas de formación de potencia pulsada modulares que posibilitan la formación de FRC in situ y, a continuación, su aceleración e inyección (=formación estática) o su formación y aceleración simultáneas (=formación dinámica).
La publicación de B. E. Champan ET AL: “Observation of tearing mode deceleration and locking due to eddy currents induced in a conducting shell”, PHYSICS OF PLASMAS, vol. 11, n.° 5 mayo de 2004, páginas 2156 a 2171, XP055522040, ISSN:1070-664X, DOI:10.1063/1.1689353, divulga que el crecimiento a una gran amplitud de un modo de desgarro (tearing) único resonante en el núcleo en el pinzamiento de campo invertido del Toro Simétrico de Madison viene acompañado de un frenado y un cese final de la rotación del modo. Se produce también una deceleración simultánea de la rotación del plasma en bloque. Se revela que la deceleración del modo está bien descrita por una versión, dependiente del tiempo, de un modelo magnetohidrodinámico en el que se origina un par de frenado a partir de corrientes de Foucault inducidas por el modo giratorio en la carcasa conductora que rodea el plasma. De acuerdo con el modelo, el par de frenado electromagnético se localiza en el plasma en las proximidades inmediatas de la superficie resonante del modo, pero la viscosidad transfiere el par al resto del plasma.
Sumario de la invención
Las formas de realización proporcionadas en la presente memoria se refieren a sistemas y procedimientos que facilitan la reducción de amplitud de corrientes de Foucault no deseables (corrientes en la pared), por ejemplo, corrientes de Foucault inducidas por traslación, tales como corrientes de Foucault inducidas por la traslación de plasmas de FRC, al tiempo que las corrientes de Foucault beneficiosas no se ven afectadas. La reducción de amplitud de las corrientes de Foucault no deseables se logra induciendo corrientes opuestas en las mismas estructuras antes de la traslación del plasma, por ejemplo, con el uso de bobinas activas. Si se miden componentes tanto tangenciales como normales del campo magnético total en una superficie que separa el plasma de las estructuras conductoras, el campo se puede descomponer en componentes producidos por el plasma y componentes producidos por corrientes exteriores (por ejemplo, corrientes de bobinas de equilibrio). Restando los campos conocidos de las bobinas exteriores, queda el campo debido a la corriente de Foucault. La distribución correspondiente de corrientes de Foucault se puede reconstruir a partir de la evolución en el tiempo de este campo. Conociéndose la distribución de las corrientes de Foucault, se usan bobinas activas para inducir una distribución similar con un signo opuesto antes de que el plasma se traslade a la cámara. El cálculo de las corrientes necesarias de las bobinas requiere un conocimiento solamente de la geometría de las bobinas activas y de las estructuras pasivas. Cuando el plasma se traslada a la cámara de confinamiento, las dos distribuciones de las corrientes de Foucault se superponen y se cancelan. Cuanto más exactamente se reproduzca la distribución de las corrientes de Foucault, más completa será la cancelación.
Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria, de manera ventajosa:
• reducen campos externos, variables en el tiempo, debidos a corrientes de Foucault que van decayendo, las cuales interfieren con el control del plasma;
• reducen los efectos de rotura de la simetría de una pared no axisimétrica; puesto que las corrientes de Foucault tanto preinducidas como inducidas por la traslación tienen la misma estructura 3-D, se reducen los campos 3-D sin la necesidad de bobinas no axisimétricas; y
• permiten la instalación de estructuras dentro de la vasija, axisimétricas, de encaje ajustado, para aumentar la estabilización pasiva de inestabilidades axisimétricas y no axisimétricas.
Para un experto en la materia resultarán evidentes, o llegarán a serlo, otros sistemas, procedimientos, características y ventajas de las formas de realización de ejemplo al examinar las siguientes figuras y la descripción detallada.
Breve descripción de las figuras
Los detalles de las formas de realización de ejemplo, incluyendo la estructura y el funcionamiento, se pueden deducir en parte por el estudio de las figuras adjuntas, en los cuales los numerales de referencia iguales se refieren a las mismas partes. Los componentes de las figuras no están, necesariamente, a escala, poniéndose énfasis, en cambio, en la ilustración de los principios de la invención. Por otra parte, todas las ilustraciones están destinadas a comunicar conceptos, en los que los tamaños relativos, las formas y otros atributos detallados pueden haberse ilustrado de manera esquemática más que de forma literal o precisa.
La figura 1 es un esquema de una cámara o vasija con tubos de formación fijados a extremos opuestos y bobinas axisimétricas posicionadas en torno a la pared de la cámara para inducir corrientes de Foucault en la pared de la cámara (corrientes de pared).
La figura 1A es un esquema que muestra un sistema de control acoplado a un sistema de bobinas activas y a un sistema de formación.
La figura 2 es un esquema de la cámara y los tubos de formación de la figura 1 con un plasma presente en el tubo de formación.
La figura 3 es un esquema de la cámara y los tubos de formación de la figura 1 después de la traslación del plasma hacia la cámara y muestra corrientes de Foucault inducidas por traslación formadas en la pared de la cámara (corrientes de pared inducidas por traslación).
La figura 4 es la cámara y los tubos de formación de la figura 1 antes de la traslación del plasma a la cámara con corrientes de Foucault preinducidas formadas en la pared de la cámara (corrientes de pared preinducidas).
La figura 5 es la cámara y los tubos de formación de la figura 1 después de la traslación del plasma a la cámara y muestra las corrientes de Foucault preinducidas e inducidas por traslación en la pared de la cámara (corrientes de pared preinducidas e inducidas por traslación).
La figura 6 es la cámara y los tubos de formación de la figura 1 después de la traslación del plasma a la cámara y muestra las corrientes de Foucault inducidas por traslación en la pared de la cámara (corrientes de pared inducidas por traslación) anuladas por las corrientes de Foucault preinducidas en la pared de la cámara (corrientes de pared preinducidas).
La figura 7 es una gráfica que muestra la distribución simulada de corrientes de Foucault en una pared axisimétrica de la cámara (distribución simulada de corrientes de pared) para tres (3) casos: campo de vacío (1) no preinducido, (2) preinducido y (3) preinducido y ajustado.
Debe señalarse que los elementos de estructuras o funciones similares se representan en general con los mismos numerales de referencia con fines ilustrativos en todas las figuras. Debe señalarse también que las figuras están destinadas solamente a facilitar la descripción de las formas de realización preferidas
Descripción detallada
Cada una de las características y enseñanzas adicionales que se divulgan a continuación se puede utilizar por separado o en combinación con otras características y enseñanzas para proporcionar sistemas y procedimientos que faciliten la reducción de amplitud de corrientes de Foucault (corrientes de pared) no deseables, por ejemplo, corrientes de Foucault inducidas por traslación, al tiempo que sin afectar las corrientes de Foucault beneficiosas. A continuación, se describirán, de forma más detallada, en referencia a los dibujos adjuntos, ejemplos representativos de las formas de realización descritas en el presente documento, utilizando dichos ejemplos muchas de estas características y enseñanzas adicionales tanto de manera independiente como combinadas. Esta descripción detallada está destinada meramente a enseñar a alguien versado en la técnica detalles adicionales para poner en práctica aspectos preferidos de las presentes enseñanzas y no está destinada a limitar el alcance de la invención que queda definido por las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, combinaciones de características y etapas dadas a conocer en la siguiente descripción detallada pueden no ser necesarias para poner en práctica la invención en el sentido más amplio, y se muestran, en cambio, con la mera finalidad de describir particularmente ejemplos representativos de las presentes enseñanzas.
Por otra parte, las diversas características de los ejemplos representativos y las reivindicaciones dependientes se pueden combinar de maneras que no se enumeran de forma específica y explícita para proporcionar formas de realización útiles adicionales de las presentes enseñanzas. Se señala también expresamente que todos los intervalos de valores o indicaciones de grupos de entidades dan a conocer todo valor o entidad intermedios posible a efectos de la exposición original.
Las formas de realización proporcionadas en la presente memoria están centradas en sistemas y facilitan la reducción de amplitud de corrientes de Foucault no deseables, por ejemplo, corrientes de Foucault inducidas por traslación, tales como corrientes de Foucault inducidas por plasmas de FRC en traslación, al tiempo que las corrientes de Foucault beneficiosas no se ven afectadas. Las corrientes de Foucault inducidas por plasmas de FRC en traslación no dependen de la configuración de campo anterior o de la presencia de corrientes anteriores. Por lo tanto, si las corrientes inducidas por la traslación del plasma no son deseables, las mismas se pueden eliminar creando un patrón de corrientes igual y opuesto antes de la traslación del plasma.
En la práctica, esto se puede lograr, tal como se muestra en la figura 1, con unas bobinas activas 20 axisimétricas posicionadas por el interior o el exterior de la vasija 10. Los plasmas, tales como, por ejemplo, plasmas de FRC, se forman en y se trasladan hacia el plano central de la vasija 10 desde unos tubos de formación 12 y 14 posicionados en extremos opuestos de la vasija 10. Se proporciona una descripción detallada de sistemas y procedimientos para formar y mantener un plasma de FRC en la solicitud PCT publicada n.° WO 2015048092, que reivindica prioridad con respecto a la solicitud de patente provisional US n.° 61/881874 y la solicitud de patente provisional US n.° 62/001583.
Tal como se muestra en la figura 1A, un sistema de control 100 está acoplado a un sistema de bobinas activas 200 que comprende las bobinas activas 20, fuentes de alimentación y similares, y a un sistema de formación que comprende los tubos de formación 12 y 14, bobinas o bridas, fuentes de alimentación y similares.
Antes de la traslación del plasma desde los tubos de formación 12 y 14, las bobinas 20 son aumentadas y mantenidas a corriente constante hasta que todas las corrientes de Foucault en la pared de la vasija 10 han decaído. En este momento, se interrumpe la corriente de las bobinas 20 y se inicia la secuencia de formación del plasma. La interrupción de la corriente de las bobinas 20 excitará una distribución de corrientes de Foucault específica en la pared de la vasija 10 para conservar el flujo a través de la vasija 10, hasta que una inyección de flujo subsiguiente proveniente del plasma en traslación reduce las corrientes de Foucault en la pared de la vasija 10 de nuevo hacia cero. Alternativamente, las bobinas 20 aumentan rápidamente justo antes de que el plasma se traslade. En este caso, el rápido aumento producirá la distribución deseada de corrientes de Foucault en la pared de la vasija 10, y la subsiguiente inyección de flujo proveniente del plasma trasladado hará que las corrientes de Foucault vuelvan a cero. Después de la traslación, las corrientes en las bobinas 20 se mantienen constantes. Este procedimiento puede usarse si el tiempo de decaimiento característico de las corrientes de Foucault de la pared 10 es suficientemente bajo en comparación con la velocidad a la que las bobinas 20 se pueden aumentar. La anulación, en general puede incrementarse optimizando la geometría de las bobinas activas, aunque, incluso con la geometría de bobinas activas preestablecida, puede reducirse la amplitud de las corrientes de Foucault.
Para determinar las corrientes de las bobinas activas que maximizarán la cancelación de las corrientes de Foucault, debe medirse la distribución de corrientes de Foucault inducida por el plasma. Esto se puede realizar midiendo por lo menos dos componentes del campo magnético en la región entre las estructuras conductoras y el plasma. Conociéndose dos componentes del campo magnético, el campo magnético puede separarse entonces en componentes debidos al plasma y debidos a corrientes externas. Esto puede verse fácilmente en una geometría cilíndrica, es decir, para un número de modo m y una fase dados, el potencial escalar magnético se determina con dos amplitudes, una para el término proporcional a rm, y la otra para el término proporcional a r-m. El hecho de disponer de dos mediciones del campo magnético en el mismo punto espacial permite resolver los dos coeficientes, y el campo del plasma se identifica trivialmente con el término proporcional a rm. En geometrías más complicadas, las matemáticas no son tan directas, pero puede usarse el mismo procedimiento. Al conocerse la evolución temporal del campo magnético tanto interno como externo, la distribución de corriente en las estructuras conductoras se puede calcular mediante ajuste por mínimos cuadrados con respecto a un modelo de circuito de elementos finitos.
Las figuras 2 a 6 ilustran la idea básica de la reducción de corrientes de Foucault inducidas por traslación. En las figuras se muestran las corrientes de plasma (relleno blanco), las corrientes de pared inducidas por plasma (relleno gris) y las corrientes de pared preinducidas (relleno con rayas cruzadas) en dos fases, es decir, 1) antes de la traslación y 2) después de la traslación. En la figura 2 y 3, no se han preinducido corrientes de pared en la pared de la vasija 10, por lo que la corriente neta en la pared es un valor diferente de cero después de la traslación del plasma desde los tubos de formación 12 y 14. En las figuras 4 a 6, se han preinducido algunas corrientes en la pared de la vasija 10. Después de la traslación del plasma desde los tubos de formación 12 y 14, la corriente neta en la pared se hace cero.
La aplicación de la técnica propuesta se ha simulado usando LamyRidge, un código de simulación de 2 fluidos para evaluar sus efectos sobre la formación y la traslación del plasma. La figura 7 muestra la distribución de las corrientes de Foucault en una pared axisimétrica doscientos microsegundos (200 ms) después de la formación para tres casos diferentes:
1) En el caso 1 (- -), no se utilizó ninguna compensación de corrientes de Foucault, obteniéndose como resultado un plasma con un radio de la separatriz de 39 cm y una elongación de 2.5.
2) En el caso 2 (-), antes del inicio de la formación se aplicó en la pared un patrón de corrientes (exactamente) opuesto. Como se esperaba, la amplitud de las corrientes de Foucault al final de la simulación se reduce. Las corrientes no se anulan exactamente, debido a que la presencia de las corrientes preinducidas da como resultado una expansión del plasma, de manera que este alcanza un radio de 46 cm con una elongación de 2.0.
3) En el Caso 3 (------) además de la preinducción de corrientes de Foucault en la pared de la cámara, se ajustan las corrientes en las bobinas de confinamiento para compensar las corrientes de Foucault suprimidas. En otras palabras, el campo producido por las bobinas de confinamiento en el caso 3 en t=0 es ahora igual al campo producido tanto por las bobinas de confinamiento como por las corrientes de Foucault en el caso 1 en t=200 us. Esto da como resultado un plasma que es muy similar al caso 1 (radio de 38 cm, elongación de 2.5), pero las corrientes de Foucault se han reducido en un factor 10. Por lo tanto, la evolución posterior de este plasma se ve mucho menos afectada por corrientes de Foucault de pared y, de este modo, es más sencilla de controlar y predecir. Además, ajustando las corrientes de pared preinducidas junto con las bobinas de confinamiento, puede controlarse directamente el radio de la separatriz del plasma.
Otras ventajas
Para estabilizar la posición o la forma de la FRC, se pueden usar estructuras pasivas conductoras dentro de la vasija y axisimétricas. Si se preinducen corrientes de Foucault en las estructuras pasivas internas de la vasija según una de las maneras que se ha descrito anteriormente, las estructuras pasivas de dentro de la vasija se pueden instalar sin afectar a la forma y a la configuración iniciales del plasma. Por otro lado, si no se preinducen corrientes, la instalación de las estructuras pasivas dentro de la vasija harán que disminuya el radio de la FRC y, por lo tanto, reducirán el acoplamiento entre las estructuras pasivas de dentro de la vasija y el plasma para aproximarse a la misma intensidad de acoplamiento que había previamente entre la pared de la vasija y el plasma, desperdiciando gran parte de la ventaja de la instalación de componentes adicionales en la vasija.
Se aplica una cuestión similar a las bobinas de control. Cuando las bobinas externas a la vasija tienen un acoplamiento del plasma insuficiente para estabilizar inestabilidades del plasma y se usan bobinas dentro de la vasija, es necesario proteger las bobinas dentro de la vasija con respecto al plasma típicamente con una pared interna adicional. Si, en esta pared con bobinas dentro de la vasija, no se eliminan corrientes de Foucault, las mismas reducirán el radio del plasma y se reducirá el aumento esperado del acoplamiento bobina-plasma. Por lo tanto, la eliminación de las corrientes de Foucault hace que aumente el acoplamiento entre bobinas y plasma, y reduce, por lo tanto, los requisitos tanto de corriente como de voltaje para las bobinas de control.
Debido a la forma 3-D de la vasija, toda corriente de pared inducida romperá la axisimetría y, potencialmente, reducirá el confinamiento, excitará inestabilidades, o, de otro modo, reducirá el rendimiento. Se pueden usar bobinas de corrección de campos de error para reducir un número fijo de armónicos específicos, pero estas no son axisimétricas en sí mismas y, por lo tanto, amplifican adicionalmente otros armónicos de banda lateral. Por contraposición, la eliminación de las corrientes de Foucault según se ha descrito anteriormente requiere solo bobinas axisimétricas, da como resultado menos armónicos de banda lateral, y no requiere ninguna corriente en las bobinas después de que se haya formado el plasma.
En resumen, los sistemas y procedimientos propuestos que se han proporcionado en la presente memoria aumentan la probabilidad de estabilizar inestabilidades del plasma; aumentan la eficiencia de los sistemas de control de plasma mejorando el acoplamiento con la pared, reduce la amplitud de los campos 3-D de rotura de simetría, y disminuye la complejidad de los sistemas de tiempo real. Hasta cierto punto, todas estas ventajas también se pueden materializar con un coste muy reducido reutilizando sistemas de bobinas existentes. Los resultados óptimos pueden lograrse teniendo en cuenta la eliminación de corrientes de Foucault para la colocación y el diseño de las bobinas.
Las formas de realización ejemplificativas proporcionadas en la presente memoria reducen, ventajosamente, los campos externos variables en el tiempo debidos a corrientes de Foucault que van decayendo, y que interfieren con el control del plasma; reducen los efectos de rotura de simetría de una pared no axisimétrica (debido a que las corrientes de Foucault tanto preinducidas como inducidas por traslación tienen la misma estructura 3-D, se reducen los campos 3-D sin necesidad de bobinas no axisimétricas) y permiten la instalación de estructuras dentro de la vasija, axisimétricas, de encaje ajustado, para aumentar la estabilización pasiva de inestabilidades axisimétricas y no axisimétricas.
No obstante, las formas de realización ejemplificativas proporcionadas en la presente están destinadas meramente a ser ejemplos ilustrativos y en modo alguno limitativos.
En la memoria anterior, la invención se ha descrito en referencia a formas de realización específicas de la misma. No obstante, resultará evidente que se pueden aplicar varias modificaciones y cambios en ella sin desviarse con respecto al espíritu y el alcance más amplios de la invención. Por ejemplo, los lectores entenderán que la ordenación y la combinación específicas de acciones de procesos que se muestran en los diagramas de flujo de proceso descritos en la presente son meramente ilustrativas, a no ser que se indique lo contrario, y la invención se puede llevar a cabo usando acciones de procesos diferentes o adicionales, o una combinación u ordenación diferente de acciones de procesos. Como ejemplo alternativo, cada característica de una forma de realización se puede combinar y armonizar con otras características mostradas en otras formas de realización. De manera similar, se pueden incorporar, según se desee, características y procesos conocidos para aquellos con un conocimiento ordinario en la materia.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para reducir corrientes de Foucault no deseadas inducidas en una estructura conductora de una vasija de confinamiento de plasma (10), comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:
inducir un primer conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora de la vasija de confinamiento de plasma (10), y
trasladar un plasma de configuración de campo invertido (FRC) a la estructura conductora de la vasija de confinamiento de plasma (10) induciendo un segundo conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora, siendo el primer conjunto de corrientes de Foucault inducido antes que el segundo conjunto de corrientes de Foucault y presentando una distribución sustancialmente igual y opuesta en signo a la distribución del segundo conjunto de corrientes de Foucault para anular sustancialmente el segundo conjunto de corrientes de Foucault durante la inducción del segundo conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora;
caracterizado por que la inducción del primer conjunto de corrientes de Foucault incluye una de entre
aumentar la corriente en las bobinas (20) alrededor de la estructura conductora justo antes de la traslación del plasma a la estructura conductora y mantener las bobinas (20) alrededor de la estructura conductora a una corriente constante para producir el primer conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora, o
aumentar y mantener las bobinas (20) alrededor de la estructura conductora a una corriente constante hasta que todas las corrientes de Foucault hayan decaído en la estructura conductora, e
interrumpir la corriente de las bobinas (20) para permitir que el primer conjunto de corrientes de Foucault se excite en las estructuras conductoras conservando el flujo magnético a través de las estructuras.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura conductora es una pared de la vasija de confinamiento de plasma.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el plasma de FRC en traslación inyecta un flujo en la estructura conductora que induce el segundo conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora reduciendo la amplitud de las corrientes de Foucault en la estructura conductora de vuelta hacia cero.
4. Sistema para reducir corrientes de Foucault no deseadas inducidas en la pared de una vasija (10), comprendiendo el sistema:
una estructura conductora de una vasija de confinamiento de plasma (10) que presenta una pared y un interior,
una sección de formación (12, 14) fijada a un extremo de la vasija (10),
una pluralidad de bobinas (20) posicionadas en torno a la vasija, y
un sistema de control (100) acoplado a la pluralidad de bobinas (20) y configurado para ejecutar el procedimiento según la reivindicación 1, en el que el sistema de control (100) está configurado asimismo para trasladar un plasma de la sección de formación (12, 14) al interior de la vasija (10), induciendo el plasma en traslación el segundo conjunto de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10).
5. Sistema según la reivindicación 4, en el que el sistema de control (100) está configurado asimismo para aumentar y mantener la pluralidad de bobinas (20) a una corriente constante hasta que hayan decaído todas las corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10), y, a continuación, interrumpir la corriente de la pluralidad de bobinas (20) para permitir que el primer conjunto de corrientes de Foucault se excite en la pared de la vasija (10) conservando el flujo a través de la vasija (10).
6. Sistema según la reivindicación 5, en el que el plasma en traslación inyecta un flujo en la pared de la vasija (10) que induce el segundo conjunto de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) reduciendo la amplitud de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) de vuelta hacia cero.
7. Sistema según la reivindicación 4, en el que el sistema de control (100) está configurado asimismo para aumentar y mantener la pluralidad de bobinas (20) a una corriente constante para producir el primer conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora.
8. Sistema según la reivindicación 7, en el que el plasma en traslación inyecta un flujo en la pared de la vasija (10) que induce el segundo conjunto de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) reduciendo la amplitud de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) de vuelta hacia cero.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura conductora es una pared de la vasija de confinamiento de plasma (10) que presenta una pared y un interior y donde la etapa de inducción de un primer conjunto de corrientes de Foucault en la estructura conductora comprende:
inducir el primer conjunto de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) antes de inducir el segundo conjunto de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el plasma en traslación inyecta un flujo en la pared de las vasijas (10) que induce el segundo conjunto de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) reduciendo la amplitud de corrientes de Foucault en la pared de la vasija (10) de vuelta hacia cero.
11. Procedimiento según la reivindicación 1 o 9, en el que el plasma de FRC es trasladado desde unas secciones de formación opuestas (12, 14) fijadas hasta unos extremos opuestos de la vasija (10).
12. Procedimiento según la reivindicación 11, que comprende asimismo la etapa de formación de plasmas de FRC en las secciones de formación opuestas (12, 14) y en el que la etapa de traslación de un plasma a la vasija (10) comprende trasladar los plasmas de FRC a la vasija (10).
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