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¿Qué es un estelarizador cuasi-axisimétrico?

Sé que un tokamak es un dispositivo de confinamiento de fusión en forma de donut con una configuración de campo magnético axisimétrico. El stellarator es similar, pero su configuración de campo no es axialmente simétrica.

He oído hablar de estelares cuasi-aximétricos (QAS). Me dijeron que la intensidad del campo magnético de estos dispositivos es tal que su magnitud es axisimétrica.

Pregunta: $B\neq B(\varphi)$ ¿es la única condición necesaria para definir un QAS? ¿Las superficies magnéticas de un QAS no deberían ser axisimétricas como en el caso del tokamak?

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Linus Kleen Puntos 448

Es cierto que el tokamak presenta un campo magnético axisimétrico y es básicamente de naturaleza 2D, mientras que el stellarator tiene una forma totalmente 3D (y por tanto no es axisimétrico). Esta diferencia se debe al hecho de cómo se crea el campo magnético de confinamiento.

En ambos casos, necesita líneas de campo magnético retorcidas para lograr el confinamiento. El tokamak logra esto mediante una combinación de un fuerte campo magnético toroidal, generado por bobinas de campo, y un campo magnético poloidal, generado por una fuerte corriente que fluye en el plasma (más un campo magnético vertical, generado también por bobinas). El campo magnético resultante es axisimétrico, como has dicho, y por tanto de naturaleza básicamente 2D. El inconveniente de esta configuración es la fuerte corriente de plasma necesaria para generar el campo magnético poloidal.

El stellarator, en cambio, genera el campo magnético sólo a través de bobinas de campo magnético, de modo que no es necesaria una fuerte corriente de plasma. Sin embargo, esto requiere bobinas de campo que se enrollen alrededor del toroide de forma helicoidal (para conseguir la torsión de las líneas de campo). En los estelares modulares esto se complica al utilizar bobinas modulares para imitar el bobinado helicoidal. El mayor número de bobinas (que además pueden estar bastante cerca del plasma) genera un campo magnético totalmente tridimensional que tiene una fuerte modulación de $|B|$ básicamente en todas las direcciones.

La fuerte modulación de $|B|$ en un estelarizador clásico tiene algunas consecuencias, principalmente que las pérdidas de transporte aumentan fuertemente (por lo que el confinamiento disminuye). Esto es lo que llamamos transporte neoclásico (en contraste con transporte clásico que se debe únicamente a las colisiones).

Ahora volvemos a su pregunta (perdón por esta larga introducción, pero no tengo ni idea de sus antecedentes). Boozer [1] ha desarrollado la idea de que esas pérdidas de transporte neoclásicas dependen de la variación de |B| en una superficie de flujo, no en las componentes vectoriales de B. Estas coordenadas se denominan hoy en día Coordenadas de Boozer . Nührenberg hizo uso de esta idea a lo largo de los años siguientes y propuso configuraciones de estelares que tienen una dirección de cuasi simetría de $|B|$ en coordenadas de Boozer. Nótese que esas configuraciones siguen siendo 3D en coordenadas cartesianas (o más generalmente en el espacio euclidiano).

Para responder a tu pregunta: la axisimetría suele referirse a las coordenadas de Boozer (u otras coordenadas magnéticas similares); en coordenadas cartesianas, la forma de las superficies de flujo podría seguir pareciendo tridimensional (y, por tanto, no axisimétrica).

[1] https://doi.org/10.1063/1.864166

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