Desarrollo del sistema de generación de campo toroidal para el tokamak TPM-1U

Abstract

RESUMEN: En el evento de fusión nuclear, se basa en la interacción de átomos ligeros, los cuales se fusionan resultando núcleos más pesados y estables, produciendo grandes cantidades de energía calorífica [1]. Éstos se mantienen dentro de un plasma, el cual se genera y controla utilizando fuerzas electromagnéticas producidas por campos magnéticos externos en los ejes poloidal y toroidal, de acuerdo a esta configuración a estos reactores se les conoce como Tokamak en configuración toroidal. Para el sistema de campo toroidal se utilizan bobinas circulares conectadas en serie que rodea al plasma. En la generación y control de estos campos se requieren propiedades de estabilidad, forma y magnitud, y son proporcionales a la corriente suministrada [2]. La forma de onda de corriente empleada es la de forma trapezoidal. Para alcanzar estas propiedades se emplea una Red Formadora de Pulsos para el tokamak TPM – 1U, en su diseño se utiliza la suma de los diferentes armónicos que dan forma al pulso. Empleando serie de Fourier, éstos se determinan para la construcción de la red, considerando las tasas de descarga de circuitos eléctricos RCL [3]. Esta onda de corriente con forma trapezoidal se utilizará para la generación del campo magnético toroidal para el Tokamak TPM – 1U, el cual se produce por medio de bobinas circulares conectadas en serie y que rodean a la cámara de vacío, el diseño de esta onda consiste en la consideración de tiempos de subida, y bajada, además de la potencia y la parte plana, que es la que se utiliza para la generación del campo. Como proceso de diseño y evaluación de los diferentes parámetros de construcción como calibre de conductor, voltaje de carga en los capacitores, y medios de conmutación, primeramente se realizan cálculos, simulación matemática, eléctrica y medición de ondas de corriente trapezoidal en una carga resistiva en tres diferentes RFP, incluyendo un interruptor (SCR) como medio de control de conmutación y se realiza la consideración y solución de la conexión de la carga inductiva para la RFP utilizando la teoría de síntesis de forma de onda de corriente, de esta forma la corriente no pierde los parámetros de diseño. Se diseñó y construyó la bobina circular prototipo del arreglo de campo magnético toroidal del Tokamak TPM-1U, se realizó el mapeo del campo magnético y se realizaron pruebas de energía pulsada para evaluar la bobina, tanto directamente conectada a la red como por medio de un núcleo de transformador pulsado. Además de un análisis de la propiedad de rizo por el sistema de bobinas, considerando las recomendaciones para mantener este en el porcentaje adecuado. ABSTRACT: In the event of nuclear fusion, it is based on the interaction of light atoms, which fuse resulting heavier and stable nuclei, producing large amounts of heat energy [1]. These are maintained in a plasma which is generated and controlled using electromagnetic forces produced by the external magnetic fields in axis poloidal and toroidal, according to this configuration these reactors are known as Tokamak toroidal configuration. For the system of circular toroidal field coils connected in series surrounding the plasma they are used. In the generation and control of these fields stability properties, shape and size are required, and are proportional to the current supplied [2]. The waveform of the current used is trapezoidal. To achieve these properties an PFN is used for TPM tokamak - 1U design in the sum of the different harmonics that shape the pulse is used. Using Fourier series, these are determined for network construction, considering discharge rates RLC electrical circuit [3]. This current waveform trapezoidal be used for generating the toroidal magnetic field for Tokamak TPM – 1U, which is produced by circular coils connected in series and surrounding the vacuum chamber, the design of this wave is in consideration of rise times and fall, plus power and flat part, which is used for field generation. As process design and evaluation of different construction parameters such as conductor size, charge voltage, and switching means, first calculations, mathematical simulation, electrical and measuring three waves trapezoidal current are made to a resistive load in three different PFN, including a switch (SCR) as a means of switching control and the consideration and resolution of the connection of the inductive load for the PFN is performed using the theory of synthesis waveform current, thus the current is not lost design parameters. It was designed and constructed the prototype circular coil arrangement of toroidal magnetic field Tokamak TPM-1U and magnetic field mapping was performed and pulsed energy tests were conducted to evaluate the coil. In addition to an analysis of the property ripple by the coils system, considering the recommendations to maintain this in the appropriate percentage.