Investigación de la eficiencia del método de inyección de proyectiles para abastecer dispositivos de fusión nuclear por confinamiento magnético

Abstract

La inyección de proyectiles criogénicos es una técnica ampliamente demostrada y utilizada en los dispositivos actuales de fusión, que se postula como solución al problema de la introducción de combustible en los futuros reactores de fusión nuclear. En la actualidad, los Inyectores de Proyectiles se utilizan en múltiples campos e investigaciones, siendo el abastecimiento de combustible uno de los más recurrentes. En presente Proyecto de Fin de Grado, se ha investigado acerca de la posibilidad de aumentar la eficiencia de este tipo de sistemas y, con ello, del proceso de abastecimiento. El método estudiado, consiste en la introducción de un proyectil predecesor previo al proyectil de abastecimiento, que enfríe el plasma, y con ello retrase el proceso de ablación e ionización del mismo, reduciendo el rechazo de su material por parte del confinamiento magnético. Con este objetivo, se han realizado experimentos en el dispositivo TJ-II del CIEMAT. A lo largo de dos días de operación de la campaña experimental de 2018, se han realizado inyecciones de proyectiles, solos y por parejas, en los plasmas generados por el mismo. Para analizar dichas inyecciones, se ha estudiado la eficiencia de deposición de material por parte de los proyectiles inyectados, y se han contrastado y complementado dichos valores a través de los perfiles de densidad en el plasma, antes y después de las inyecciones. Además, se ha llevado a cabo un estudio de la penetración de los proyectiles, en base a estudios anteriores, que demuestran su influencia en la eficiencia del proceso. Tras realizarse dichos análisis, se ha podido observar que, para tiempos de retardo entre ambos proyectiles de unos pocos milisegundos, la eficiencia del segundo proyectil aumenta considerablemente. AbstractThe injection of cryogenic pellets is a widely used technique in current fusion devices. Pellet injection is likely to become the solution to the challenge of fueling fusion reactors. Nowadays, Pellet Injectors are used in many different fields and lines of research, being fueling one of the most relevant. In the present project it was tested the possibility of increasing the efficiency of this systems and, consequently, of fueling processes. The method under research is based on the injection of an initial pellet, previous to the fueling pellet. The introduction of the first pellet cools the plasma and delays the ablation and ionisation of the fueling pellet reducing its deflection by magnetic confinement. With this objective in mind, experiments have been carried out in the device TJ-II of the CIEMAT. In two days of operation in the experimental campaign of 2018, pellets have been injected individually and in pairs in plasmas generated by this device. The analysis of these injections has been done examining the efficiency of the deposition of the pellet material. This analysis has been contrasted and complemented by the study of density profiles in plasma before and after injections. Besides, a study on pellet penetration has been performed, as previous research has demonstrated its influence on the efficiency of the process. After the analysis of the data, it has been observed that the efficiency of the second pellet considerably increases for time delays between pellets of some miliseconds.