Zap Energy, en un artículo publicado en Fusion Science and Technology, definió su metodología para medir y calcular la ganancia de energía neta, o Q, en plasmas de fusión Z-pinch estabilizados por flujo de corte. Esto marca un paso significativo hacia la demostración de la ganancia de energía en el desarrollo de la energía de fusión. Crédito: Zap Energía
Un nuevo artículo presenta métodos científicos para medir y calcular Q en un calibrador Z estabilizado por flujo de corte.
Zap Energy ha esbozado su enfoque único para medir la ganancia de energía neta, conocida como Q, en el desarrollo de la energía de fusión, según un estudio recientemente publicado. Los plasmas de fusión Z-pinch de la compañía difieren significativamente de otras tecnologías de fusión, presentando plasma que es 100.000 veces más denso y dura varios microsegundos más.
En la carrera por desarrollar la energía de fusión, cada enfoque único requiere sus propias técnicas especializadas para determinar la ganancia neta de energía, una ecuación que equilibra la entrada y salida de energía conocida por la letra Q.
Un nuevo artículo, publicado hoy (5 de junio) en la revista Fusion Science and Technology, establece el método de la compañía para medir y calcular Q en los plasmas de fusión Z-pinch estabilizados por flujo de corte de Zap. La publicación será una parte importante de Zap, demostrando la ganancia de energía en el camino hacia la construcción de un sistema de fusión comercial.
«La forma en que generamos plasmas de grado de fusión en nuestros dispositivos es diferente de otras tecnologías de fusión, por lo que este documento ayuda a sentar las bases para cuantificar nuestro progreso», dice Uri Shumlak, cofundador de Zap Energy, director científico y autor principal de el articulo
Lo suficientemente caliente, lo suficientemente denso, lo suficientemente largo: las tres variables de temperatura, densidad y tiempo se conocen colectivamente en la fusión como el producto triple. Y si bien existen diferentes formas de crear fusión, todos deben aumentar el producto triple para obtener ganancias netas de energía. Crédito: Zap Energía
un enfoque diferente
Al igual que otros dispositivos de fusión, Zap Energy planea fusionar núcleos de hidrógeno dentro de un material llamado plasma que debe sobrecalentarse a temperaturas superiores a las del sol. Las propiedades del plasma se pueden medir para determinar Q, o la ganancia neta de energía, en parte calculando su triple producto: qué tan caliente y denso es un plasma y cuánto dura.
O produto triplo é útil ao comparar diferentes conceitos de fusão, como observar como os dispositivos Z-pinch estabilizados por fluxo cisalhado diferem dos dispositivos de fusão mais tradicionais, como o tokamak ou outras abordagens de fusão, e também pode ser usado como um proxy simplificado Para qué.
Zap Energy crea fusión en un filamento de plasma de menos de medio metro de largo. La imagen insertada es una toma de cámara de alta velocidad de un plasma en el dispositivo Zap. Crédito: Zap Energía
En el caso de Zap, sus característicos plasmas Z-pinch son unas 100.000 veces más densos que los de los tokamaks y duran muchos microsegundos. Se está diseñando un sistema pulsado para crear plasmas repetidamente.
Los plasmas Zap fluyen en una línea con material a diferentes distancias de la parte más interna de la línea, moviéndose a diferentes velocidades desde sus bordes exteriores. Esto crea lo que se denomina estabilización de flujo de cizalla, que retiene el plasma el tiempo suficiente para que se produzcan reacciones de fusión sostenidas. La estabilización del flujo de cizallamiento permite a Zap confinar plasmas sin imanes externos, pero también genera la necesidad de realizar mediciones y análisis personalizados.
Midiendo Q
Para calcular el producto triple, el Zap mide la temperatura del plasma, su densidad y la velocidad del flujo para determinar la duración del confinamiento del plasma. El cálculo correspondiente de Q es la relación entre la potencia de fusión (salida) y la potencia de entrada y se compara estrechamente con el método utilizado para medir la ganancia en otros enfoques de confinamiento magnético como tokamak. Los enfoques de confinamiento inercial, como la demostración del año pasado de Q>1 por la Instalación Nacional de Ignición del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, producen plasmas de corta duración y definen Q como la relación entre la energía de fusión y la energía de entrada.
Zap Energy está mejorando el rendimiento del plasma de fusión dentro de su dispositivo FuZE-Q. Crédito: Zap Energía
La principal diferencia entre potencia y energía es que la potencia es energía por unidad de tiempo. Dado que los plasmas Zap están confinados a períodos de tiempo que se encuentran entre los enfoques tradicionales de fusión magnética e inercial, la elección de calcular Q en función de la potencia es una distinción importante.
“Publicar estos detalles técnicos es muy importante. No se puede simplemente dejar caer un termómetro en un plasma de fusión para ver qué está pasando, así que usamos una combinación de observaciones directas e indirectas que ayudan a darle una idea de las condiciones», dice Ben Levitt, vicepresidente de I+D de Zap Energy. «Este documento nos brinda la oportunidad de asegurarnos de que otros físicos estén de acuerdo en que nuestra metodología cumple con lo que se ha establecido a lo largo de los años en la comunidad de fusión y establece la forma en que planeamos informar nuestros resultados en un futuro cercano».
Pinzas en matices Z
El documento incluye varios detalles específicos del enfoque de fusión de Zap. Uno de los más importantes es tener en cuenta la potencia de entrada requerida para impulsar el flujo de plasma estabilizador.
El documento también señala que para los pellizcos de alto rendimiento, es probable que un producto energético de las reacciones de fusión, llamado partículas alfa, quede atrapado y aumente la ganancia de fusión, compensando parte de la energía de entrada requerida.
Zap planea correlacionar las observaciones de las condiciones del plasma con las mediciones de los neutrones que se emiten. Dado que los neutrones son un producto primario de las reacciones de fusión, los científicos esperarían que aumenten cuando las condiciones de fusión sean las adecuadas y disminuyan cuando no lo sean.
Zap obtuvo los primeros plasmas en su dispositivo de cuarta generación, el FuZE-Q, en mayo pasado. Las campañas de I+D están en curso utilizando FuZE-Q. El equipo de Zap revisará los resultados de FuZE-Q y su predecesor FuZE a medida que avanzan para demostrar los primeros plasmas Z-pinch estabilizados por flujo de corte capaces de Q>1.
Referencia: «Ganancia de fusión y producto triple para la abrazadera en Z estabilizada por flujo de corte» por U. Shumlak, ET Meier y BJ Levitt, 5 de junio de 2023, Fusion Science and Technology.
DOI: 10.1080/15361055.2023.2198049
Zap Energy está construyendo una plataforma de energía de fusión escalable, compacta y de bajo costo que confina y comprime el plasma sin necesidad de bobinas magnéticas costosas y complejas. La tecnología Z-pinch estabilizada por flujo de cizallamiento de Zap proporciona una economía de fusión atractiva y requiere mucho menos capital que los enfoques convencionales. Zap Energy tiene más de 100 miembros del equipo en dos instalaciones cerca de Seattle y cuenta con el respaldo de importantes inversores financieros y estratégicos.
