El tokamak es un diseño toroidal para un generador de energía de fusión por plasma. La idea es calentar un gas de duterio lo suficientemente caliente, a una densidad lo suficientemente alta, y durante el tiempo suficiente para que los átomos estén ionizados y los núcleos de deuterio colisionen con suficiente energía para fusionarse y producir más energía de la necesaria para crear y mantener el plasma. Por supuesto, desea controlar todo para que no explote, pero hasta ahora no ha sido un gran problema.
El diseño de tokamak ha existido durante aproximadamente 40 años. Lo escuché por primera vez cuando visité la Universidad de Texas en Austin cuando estaba en el último año de secundaria, en 1965. UT Austin ya estaba construyendo una. Creo que fue el tercero, después del primero en la URSS y el segundo en Princeton. Entonces, lo primero que debe saber es que los diseños se probaron, cambiaron, mejoraron, volvieron a intentar y se repitieron durante mucho tiempo. Un diseño actual tendrá muchas características más allá de lo que es probable que encuentre en una descripción general.
El diseño general requiere una configuración de electroimanes que, cuando se enciende, creará campos magnéticos circulares alrededor del exterior de una región toroidal. (El toro no será un contenedor físico, ya que la temperatura del plasma destruiría cualquier material de construcción. (Bueno, en realidad no. El contacto del plasma con una pared física enfriaría el plasma y evitaría que se caliente lo suficiente).) El campo magnético toroidal está destinado a confinar el plasma.
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Entonces necesita una forma de inyectar gas de deuterio ionizado en la región toroidal. (Son solo las cargas móviles las que están confinadas por los campos magnéticos). Entonces necesita una forma de acelerar las cargas móviles en la dirección toroidal. Creo que es un anillo de electrodos circulares que cambian de positivo a negativo en el momento justo para impulsar las cargas desde atrás y tirar desde adelante. Naturalmente, los iones de deuterio positivos irán en la dirección opuesta a los electrones negativos. Entonces los sistemas de control son realmente importantes. Entonces necesita formas adicionales de calentar el plasma, como los láseres.
Tenga en cuenta que los tokamaks no generan reacciones de fusión autosostenidas. Todavía son instrumentos de investigación que intentan encontrar una manera de mantener estable el plasma. Por lo tanto, desea detectores que midan todas las propiedades del plasma, en cada punto, especialmente la densidad y la temperatura. Y algunos de esos detectores detectarán neutrones de alta energía, para contar las reacciones de fusión que ocurren.
Nuevamente, generaciones de físicos han trabajado en el diseño. Lo que he dado aquí habría sido incompleto en 1965. La única forma de responder realmente a esta pregunta es trabajar en un tokamak o trabajar como parte de un equipo que construye uno nuevo.