Convertidores MHD de ionización de plasma
MAGNETOHIDRODINÁMICA. - Convertidores magneto-hidrodinámicos de un nuevo tipo: dispositivos de inducción. Nota (*) de Jean-Pierre Petit y Maurice Viton, presentada por el Sr. André Lichnérowicz. CRAS 1976.
...Se presenta un nuevo tipo de acelerador MHD discoide, por inducción y con control de ionización. Dotado de un generador eléctrico autónomo ligero y potente, este dispositivo podría dar lugar a un aerodino MHD. Se mencionan soluciones para confinar el plasma en la pared.
...Se presenta un nuevo acelerador MHD por inducción, de forma discoide, con control de ionización. Asociado a un generador eléctrico ligero y potente, podría convertirse en un aerodino MHD. Se indican soluciones para confinar el plasma en la pared.
Introducción. En una nota anterior (1) se describieron convertidores MHD de una geometría bastante particular, que utilizan un fuerte efecto Hall. Algunos de estos dispositivos están actualmente siendo objeto de experimentación.
...En esta nota se trata ahora de un acelerador MHD con campo magnético alterno. Consideremos un disco fabricado con un material aislante, provisto en su perímetro de un solenoide recorrido por una corriente alterna (fig. 1). La variación del campo magnético tiende a crear corrientes inducidas circulares en el fluido vecino al disco. Se supone despreciable el efecto Hall. Estas corrientes inducidas se combinan con el valor instantáneo del campo B para producir fuerzas radiales, alternativamente centrífugas y centrípetas. Debido a la simetría del sistema, estas fuerzas solo tienen un efecto de agitación radial, siendo nula la integral del momento lineal sobre un ciclo. La intensidad de la corriente inducida depende del valor máximo del campo B y de su período T. Por debajo de cierto umbral del cociente B/T, estas corrientes inducidas permanecen débiles.
Aceleradores con control de ionización. - No ocurre lo mismo si se equipan las paredes del disco con un sistema cualquiera capaz de generar ionización (fig.2). Gracias a este dispositivo, ahora se puede controlar la intensidad de las corrientes inducidas en cualquier punto vecino a la pared del acelerador. Modulamos ahora las alimentaciones de los ionizadores según la figura 3. Nos situamos en condiciones en las que el tiempo de relajación de ionización es pequeño frente al período T del campo B.
...Es fácil ver que, cuando aparecen, las fuerzas de Lorentz, radiales, son centrífugas en la parte superior del disco y centrípetas en la parte inferior. El aire ionizado será sometido a una acción pulsada y se producirá una acción fluida según el esquema de la figura 4.
Aerodino MHD. - Si este acelerador posee una fuente autónoma de energía eléctrica, se obtendrá un aerodino MHD por inducción y con control de ionización. En una nota anterior (1) se había mencionado un motor MHD. Se trataba de un motor de dos tiempos en el que, al final de la fase de compresión MHD, se producían reacciones de fusión dentro de una mezcla gaseosa. El plasma entraba entonces en expansión, y el dispositivo se comportaba en esta segunda fase como un generador eléctrico del tipo Hall.
Citemos a modo de recordatorio un artículo reciente de Ralph Moir (2). Él propone también un motor MHD alterno, de fórmula distinta y aparentemente más sencillo. El elemento esencial es una cámara toroidal que no es otra cosa que un tokamak. Moir estima que las condiciones de Lawson pueden alcanzarse en una compresión MHD, que para este tipo de dispositivo es del tipo theta pinch. La expansión del plasma de fusión comprime entonces las líneas de fuerza del campo magnético, produciéndose directamente corriente eléctrica por inducción. El interés de esta doble fórmula: aerodino y motor funcionando por inducción, radica en poder prescindir del paso de grandes corrientes a través de electrodos.
Confinamiento del plasma en la pared. - El solenoide inductor del acelerador discoide genera un campo magnético máximo en la pared. La presión magnética tenderá entonces a desplazar la descarga lejos de ella. Si se desea controlar la localización de la interacción MHD, es necesario recurrir a una geometría que produzca un máximo de campo no en la pared, sino en su vecindad. Esto puede lograrse mediante una geometría con varios solenoides, como se indica en la figura 5. Los cálculos muestran que la intensidad del campo magnético es máxima sobre una superficie aproximadamente cónica. Se recomienda elegir para la pared del aerodino una trayectoria ortogonal a las líneas de campo, de manera que la fuerza de Lorentz sea tangente a ella. La idea del aerodino MHD es de Jean-Pierre Petit, la de la geometría confinante con múltiples solenoides es de Maurice Viton.
(*) Sesión del 8 de diciembre de 1976
(1) J.P. Petit, Comptes rendus, 281, serie B, 1975, p. 157
(2) R. Moir, Direct Conversion of Energy from Fusion, informe UCRL 76096 del Laboratorio Lawrence Livermore, California, EE.UU.